Forskere udvikler mere effektivt katalytisk materiale til brændselscelle applikationer

Forskere ved Ames Laboratory har opdaget en metode til at lave mindre, mere effektive intermetalliske nanopartikler til brændselscelle applikationer, og som også bruger mindre af det dyre ædelmetal platin.

Det lykkedes forskerne at overvinde nogle af de tekniske udfordringer, der blev præsenteret i fremstillingen af ​​platin-zink nanopartiklerne med en ordnet gitterstruktur, som fungerer bedst ved de små størrelser, hvor det kemisk reaktive overfladeareal er størst i forhold til partikelvolumen.

"Det overflade-til-volumen-forhold er vigtigt for at få mest muligt ud af en intermetallisk nanopartikel, "sagde Wenyu Huang, Ames laboratorieforsker og assisterende professor i kemi ved Iowa State University. "Jo mindre partikel, jo mere overflade der er, og mere overfladeareal øger den katalytiske aktivitet. "

Men den høje temperatur i glødningsprocessen, der er nødvendig for at danne intermetalliske nanopartikler, besejrer ofte målet om at opnå en lille størrelse.

"Glødning ved høj temperatur kan få partiklerne til at samle sig eller klumpe sig sammen, og producerer større størrelser af partikler, der har mindre tilgængelig overflade og ikke er så reaktive. Så, bare de trin, der er nødvendige for at producere dem, kan besejre deres ultimative kemiske ydeevne, "sagde Huang.

For at forhindre aggregering under opvarmningsprocessen, Huangs forskningsgruppe brugte først carbon nanorør som en støtte til PtZn nanopartikler, og derefter belagt dem med en offer mesoporøs silikaskal til glødning ved høj temperatur til dannelse af de intermetalliske strukturer. En kemisk ætsningsproces fjerner derefter silikaskallen bagefter.

Det resulterende slutprodukt af ensartede 3,2 nm platin-zinkpartikler gav ikke kun to gange den katalytiske aktivitet pr. Overfladested, det overfladeareal så ti gange den katalytiske aktivitet af større partikler indeholdende den samme mængde platin.

Opdagelsen blev delvis muliggjort af mulighederne i et nyt Titan -scanningselektronmikroskop på Ames Laboratory's Sensitive Instrument Facility, finansieret i fællesskab af Institut for Energi og Iowa State University.

"At kunne se materialets fordeling på atomniveau med vores nye mikroskop har haft en enorm positiv indvirkning på laboratoriets muligheder for at finjustere materialer, "sagde Lin Zhou, associeret videnskabsmand og instrumentleder for Sensitive Instrument Facility. "Det er en meget mere umiddelbar proces, at kunne samarbejde direkte med fabrikationsforskerne internt. Baseret på de resultater og forslag, vi giver, de kan forbedre materialet, vi kan karakterisere det endnu en gang, og opdagelsescyklussen er meget hurtigere. "

Forskningen diskuteres yderligere i et papir, "Sub-4 nm PtZn intermetalliske nanopartikler til forbedret masse og specifikke aktiviteter i katalytisk elektrooxidationsreaktion" offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .