Økonomisk anvendelse af ædle metalkatalysatorer

Forskere ved Ruhr-Universität Bochum og Fritz Haber Institute Berlin har udviklet en ny metode til at bevare sjældne og dyre katalysatorer og bruge dem sparsomt. De lukkede et ædle metalsalt i små miceller, og slog dem mod en kulelektrode, dermed belægning af overfladen med nanopartikler af det ædle metal indeholdt i micellerne. På samme tid, teamet analyserede præcist, hvor meget af metallet der var deponeret. Forskerne viste derefter, at elektroden overtrukket på denne måde effektivt kunne katalysere iltreduktionen, som er den begrænsende kemiske proces i brændselsceller.

Holdet, ledet af professor Kristina Tschulik og Mathies Evers fra Bochum Research Group for Electrochemistry and Nanoscale Materials beskriver processen i tidsskriftet Angewandte Chemie , offentliggjort online på forhånd den 11. april 2019.

Producerer partikler af samme størrelse

Forskningsgruppen producerede guldnanopartiklerne ved hjælp af miceller. Partiklerne bestod oprindeligt af et forstadie stof, chloroaurinsyre, som var pakket ind i en ydre polymerskal. Fordelen:"Når vi producerer guldnanopartikler ved hjælp af miceller, nanopartiklerne har alle en næsten identisk størrelse, "siger Kristina Tschulik, en hovedforsker i Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation (Resolv). Kun en vis belastning af forstadiematerialet, hvorfra der produceres en enkelt partikel af en bestemt størrelse, passer inde i den lille micelle. "Da partikler af forskellige størrelser har forskellige katalytiske egenskaber, det er vigtigt at kontrollere partikelstørrelsen ved hjælp af micellens belastningsmængde, "tilføjer Tschulik.

Ensartet belægning, selv på komplekse overflader

For at belægge den cylindriske elektrode, forskerne nedsænkede det i en opløsning indeholdende de belastede miceller og påførte en spænding på elektroden. Den tilfældige bevægelse af micellerne i opløsningen fik dem til at slå mod elektrodeoverfladen over tid.

Der, den ydre skal briste op, og guldionerne fra chloroaurinsyren reagerede for at danne elementært guld, som klæbte til elektrodeoverfladen som et ensartet lag af nanopartikler. "Kun flade substrater kan belægges ensartet med nanopartikler ved hjælp af standardmetoder, "forklarer Tschulik." Vores proces betyder, at selv komplekse overflader kan belastes ensartet med en katalysator. "

Separeret mængde præcist kontrollerbar

Mens guldionerne fra chloroaurinsyren reagerer for at danne elementært guld, elektroner flyder. Ved at måle den resulterende strøm, kemikerne kan bestemme præcist, hvor meget materiale der blev brugt til at belægge elektroden. På samme tid, metoden registrerer virkningen af ​​hver enkelt partikel og dens størrelse.

Forskerne testede med succes iltreduktionsreaktionen af ​​elektroderne overtrukket ved hjælp af den nye proces. De opnåede en aktivitet så høj som nanopartikler af nøgen guld uden en ydre skal. På grund af den ensartede belægning af overfladen, de observerede også en reaktionshastighed næsten lige så høj som elektroderne fuldstændigt dækket af guld og elektroder af solid guld ved kun elleve procents dækning.