Ruthenium regler for nye brændselsceller

Rice University-forskere har fremstillet en holdbar katalysator til højtydende brændselsceller ved at binde enkelte rutheniumatomer til grafen.

Katalysatorer, der driver iltreduktionsreaktionen, der lader brændselsceller omdanne kemisk energi til elektricitet, er normalt lavet af platin, som står op til den sure natur af cellens ladningsbærende elektrolyt. Men platin er dyrt, og videnskabsmænd har i årtier søgt efter en passende erstatning.

Ruthenium-grafen kombinationen kan passe regningen, sagde kemiker James Tour, hvis laboratorium udviklede materialet sammen med sine kolleger hos Rice og i Kina. I test, dens ydeevne matchede let den traditionelle platinbaserede legeringer og bested jern og nitrogendoperet grafen, en anden udfordrer.

Et papir om opdagelsen fremgår af tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano .

"Ruthenium er ofte en meget aktiv katalysator, når den fastgøres mellem arrays med fire nitrogenatomer, men det er en tiendedel af omkostningerne ved traditionel platin, " sagde Tour. "Og da vi bruger enkelte atomare steder i stedet for små partikler, der er ingen begravede atomer, der ikke kan reagere. Alle atomer er tilgængelige for reaktion."

Spredning af enkelte ruthenium-atomer over et ark grafen, den atomtykke form af kulstof, viste sig at være ret ligetil, sagde Tour. Det involverede at sprede grafenoxid i en opløsning, fylde en lille mængde ruthenium i og derefter frysetørring af den nye opløsning og forvandle den til et skum.

Bagning ved 750 grader Celsius (1, 382 grader Fahrenheit) i nærvær af nitrogen og hydrogengas reducerede grafen og låste nitrogenatomer til overfladen, giver steder, hvor rutheniumatomer kunne binde.

Materialer fremstillet ved højere og lavere temperaturer var ikke så gode, og dem, der blev fremstillet ved den korrekte temperatur, men uden hverken ruthenium eller nitrogen, viste, at kvaliteten af ​​reaktionen afhang af tilstedeværelsen af ​​begge.

Materialet viste fremragende tolerance over for methanol -crossover og kulilteforgiftning i et surt medium, som begge forringer brændselscellernes effektivitet; sådan nedbrydning er et vedvarende problem med traditionelle platinbrændselsceller.