Forskere finder en mulig erstatning for platin som katalysator

Rice University kemikere, der udviklede en unik form for grafen, har fundet en måde at indlejre metalliske nanopartikler, der gør materialet til en nyttig katalysator til brændselsceller og andre applikationer.

Laser-induceret grafen, skabt af Rice lab af kemiker James Tour sidste år, er en fleksibel film med en overflade af porøs grafen fremstillet ved at udsætte en almindelig plast kendt som polyimid for en kommerciel laserstrålestråle. Forskerne har nu fundet en måde at forbedre produktet med reaktive metaller.

Forskningen vises i denne måned i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano .

Med opdagelsen, materialet, som forskerne kalder "metaloxid-laser-induceret grafen" (MO-LIG) bliver en ny kandidat til at erstatte dyre metaller som platin i katalytiske brændselscelleapplikationer, hvor oxygen og brint omdannes til vand og elektricitet.

"Det vidunderlige ved denne proces er, at vi kan bruge kommercielle polymerer, med simple billige metalsalte tilsat, " sagde Tour. "Så udsætter vi dem for den kommercielle laserskriver, som genererer metalnanopartikler indlejret i grafen. Så meget af kemien udføres af laseren, som genererer grafen i det fri ved stuetemperatur.

"Disse kompositter, som har mindre end 1 procent metal, reagere som 'superkatalysatorer' til brændselscelleapplikationer. Andre metoder til at gøre dette tager langt flere skridt og kræver dyre metaller og dyre kulstofprækursorer."

I første omgang, forskerne lavede laserinduceret grafen med kommercielt tilgængelige polyimidplader. Senere, de infunderede flydende polyimid med bor for at producere laser-induceret grafen med en stærkt øget kapacitet til at lagre en elektrisk ladning, hvilket gjorde den til en effektiv superkondensator.

For den seneste iteration, de blandede væsken og en af ​​tre koncentrationer, der indeholdt kobolt, jern- eller molybdænmetalsalte. Efter kondensering af hver blanding til en film, de behandlede det med en infrarød laser og opvarmede det derefter i argongas i en halv time ved 750 grader Celsius.

Den proces producerede robuste MO-LIG'er med metalliske, 10 nanometer partikler spredt jævnt gennem grafen. Tests viste deres evne til at katalysere iltreduktion, en væsentlig kemisk reaktion i brændselsceller. Yderligere doping af materialet med svovl muliggjorde hydrogenudvikling, en anden katalytisk proces, der omdanner vand til brint, sagde Tour.

"Bemærkelsesværdigt, simpel behandling af grafen-molybdænoxider med svovl, som omdannede metaloxiderne til metalsulfider, gav en hydrogenudviklingsreaktionskatalysator, understreger den brede nytte af denne tilgang, " han sagde.