Platinovertrukne nanopartikler kan føre til bedre brændselsceller

(PhysOrg.com) -- Brændselsceller kan drive fremtidens biler, men det er ikke nok bare at få dem til at fungere - de skal være overkommelige. Cornell-forskere har udviklet en ny måde at syntetisere et elektrokatalytisk brændselscellemateriale uden at bryde banken.

Forskningen, offentliggjort online 24. november i Journal of the American Chemical Society , beskriver en simpel metode til fremstilling af nanopartikler, der driver de elektrokatalytiske reaktioner inde i stuetemperatur brændselsceller.

Brændselsceller omdanner kemisk energi direkte til elektrisk energi. De består af en anode, som oxiderer brændstoffet (såsom brint), og en katode, som reducerer ilt til vand. En polymermembran adskiller elektroderne. Brændselscelledrevne biler i produktion i dag bruger rent platin til at katalysere iltreduktionsreaktionen på katodesiden. Mens platin er den mest effektive katalysator, der er tilgængelig i dag til oxygenreduktionsreaktionen, dens aktivitet er begrænset, og det er sjældent og dyrt.

Cornell-forskernes nanopartikler tilbyder et alternativ til ren platin til en brøkdel af prisen. De er lavet af en palladium- og koboltkerne og belagt med et et-atom-tykt lag platin. Palladium, selvom det ikke er så god en katalysator, har lignende egenskaber som platin (det er i samme gruppe på grundstoffernes periodiske system; det har samme krystalstruktur; og det er ens i atomstørrelse), men det koster en tredjedel mindre og er 50 gange mere rigeligt på Jorden.

Forskere ledet af Héctor D. Abruña, E.M. Chamot professor i kemi og kemisk biologi, lavede nanopartiklerne på et kulstofsubstrat og fik palladium-koboltkernen til at samle sig selv - hvilket reducerede produktionsomkostningerne. Første forfatter Deli Wang, en postdoktor i Abruñas laboratorium, designede eksperimenterne og syntetiserede nanopartiklerne.

David Muller, professor i anvendt og teknisk fysik og meddirektør for Kavli Institute ved Cornell for Nanoscale Science, ledet bestræbelserne på at afbilde partiklerne ned til atomopløsning for at demonstrere deres kemiske sammensætning og fordeling, og for at bevise effektiviteten af ​​de katalytiske omdannelser.

"Krystalstrukturen af ​​substratet, sammensætning og rumlig fordeling af nanopartiklerne spiller en vigtig rolle i at bestemme, hvor godt platinet præsterer, " sagde Huolin Xin, en kandidatstuderende i Mullers laboratorium.

Arbejdet blev støttet af Energy Materials Center i Cornell, et Department of Energy-støttet Energy Frontiers Research Center. Forskere brugte også udstyr på Cornell Center for Materials Research.