Modsætninger tiltrækker og inspirerer Electrocatalyst

(PhysOrg.com) -- Små guldpartikler vil omgive sig med endnu mindre platinstykker, skabe en kompleks struktur, der kunne gøre et almindeligt konserveringsmiddel, myresyre, til elektricitet i en brændselscelle, ifølge forskere fra Kinas Harbin Institute of Technology og Pacific Northwest National Laboratory. Holdet brugte en ny elektrostatisk selvsamlingsmetode til at skabe platin-omgivet guld nanomateriale. Denne metode er afhængig af tiltrækningen mellem positive og negative ladninger for at inspirere nanopartikler til at danne nye strukturer på egen hånd.

"Så vidt vi ved, det er første gang, at denne metode er blevet brugt til at skabe sådanne katalysatorer, " sagde Dr. Yuehe Lin, en kemiker ved PNNL og en medkorresponderende forfatter til papiret. Dette papir blev udnævnt til et meget vigtigt papir af Angewandte Chemie International Edition. Mindre end 5 % af tidsskriftets manuskripter modtager en sådan positiv anbefaling, og dette var den eneste i det aktuelle nummer.

Udskiftning af nutidens batterier i bærbare computere og andre bærbare enheder med flydende brændselsdrevne brændselsceller kan lette forbrugernes frustrationer. Brændselscellerne ville holde 2 til 10 gange så længe som nutidens batterier. Yderligere, den bærbare computer kunne genoplades øjeblikkeligt, fordi den er afhængig af myresyre, ikke elektricitet. Ud over, denne slags brændselscelle kan bruges som en batteri-elektrisk køretøjs rækkevidde, hvis den er samlet i en stak. Men, sådanne brændselsceller skal have effektive katalysatorer for at skabe den nødvendige kraft. Denne forskning giver grundlæggende indsigt i design af sådanne katalysatorer.

Designet af denne katalysator begyndte med to løsninger. Den første holdt lille, positivt ladede platinkugler, omkring 2,8 nanometer bred. Den anden opløsning indeholdt negativt ladede guldpartikler, omkring dobbelt så bred som platin. Forskerne blandede et overskud af platinopløsningen med guldopløsningen. Partiklerne blev dannet til en blomsterlignende struktur, med platinet i midten omgivet af guldblade. Selvsamlingen blev drevet af tiltrækningen mellem de positive og negative partikler og frastødningen mellem nanopartikler med samme ladning.

Efter at have skabt partiklerne, forskerne undersøgte dem ved hjælp af røntgendiffraktion, transmissionselektronmikroskopi, og energidispersiv røntgenspektroskopi. Disse muligheder blev alle fundet hos EMSL, Molekylært miljølaboratorium.

Holdet testede den katalytiske effektivitet af de platinomgivne guldpartikler. De påførte partiklerne myresyre. Partiklerne katalyserede fjernelsen af ​​de to brintatomer, producerer kuldioxid og elektroner til at drive brændselscellerne. Den nye katalysator genererede 5,7 gange den nuværende tæthed af platin nanokatalysatorer alene, en væsentlig forbedring i forhold til nutidens katalysatorer.

Forskerne studerer, hvordan atomerne og elektronerne fra katalysatoren og myresyren interagerer for at forstå, hvorfor denne innovative katalysator er mere aktiv, end de forventede.