Seleniumankre kan forbedre holdbarheden af ​​platinbrændselscellekatalysatorer

Platin har længe været brugt som en katalysator for at muliggøre oxidationsreduktionsreaktionen i centrum af brændselscelleteknologi. Men metallets høje omkostninger er en faktor, der har forhindret brændselsceller i at konkurrere med billigere måder at drive biler og hjem på.

Nu har forskere ved Georgia Institute of Technology udviklet et nyt platinbaseret katalytisk system, der er langt mere holdbart end traditionelle kommercielle systemer og har en potentielt længere levetid. Det nye system kunne bl. på lang sigt, reducere omkostningerne ved at producere brændselsceller.

I undersøgelsen, som blev offentliggjort den 15. juli i ACS-tidsskriftet Nano bogstaver , forskerne beskrev en mulig ny måde at løse en af ​​de vigtigste årsager til nedbrydning af platinkatalysatorer, sintring, en proces, hvor partikler af platin migrerer og klumper sig sammen, reducerer det specifikke overfladeareal af platinet og får den katalytiske aktivitet til at falde.

For at reducere sådan sintring, forskerne udtænkte en metode til at forankre platinpartiklerne til deres kulstofstøttemateriale ved hjælp af bits af grundstoffet selen.

"Der er strategier derude til at afbøde sintring, såsom at bruge platinpartikler, der er ensartede i størrelse for at reducere kemisk ustabilitet blandt dem, " sagde Zhengming Cao, en gæstende kandidatstuderende ved Georgia Tech. "Denne nye metode, der anvender selen resulterer i en stærk metal-støtte-interaktion mellem platin og carbon-støttematerialet og dermed bemærkelsesværdigt forbedret holdbarhed. platinpartiklerne kan bruges og holdes på et lille for at opnå høj katalytisk aktivitet fra det øgede specifikke overfladeareal."

Processen starter med at påfylde nanoskala kugler af selen på overfladen af ​​en kommerciel kulstofstøtte. Selenet smeltes derefter under høje temperaturer, så det spredes og ensartet dækker kulstoffets overflade. Derefter, selenet omsættes med et saltprækursor til platin for at generere partikler af platin, der er mindre end to nanometer i diameter og jævnt fordelt over kulstofoverfladen.

Den kovalente interaktion mellem selen og platin giver en stærk forbindelse til stabilt at forankre platinpartiklerne til kulstoffet.

"Det resulterende katalysatorsystem var bemærkelsesværdigt både for dets høje aktivitet som katalysator såvel som dets holdbarhed, " sagde Younan Xia, professor og Brock Family Chair i Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering ved Georgia Tech og Emory University.

På grund af det øgede specifikke overfladeareal af nanoskala platin, det nye katalytiske system viste oprindeligt katalytisk aktivitet tre en halv gange højere end den uberørte værdi af en avanceret kommerciel platin-carbon-katalysator. Derefter, forskerholdet testede det katalytiske system ved hjælp af en accelereret holdbarhedstest. Selv efter 20. 000 cyklusser af elektropotentialfejning, det nye system tilvejebragte stadig en katalytisk aktivitet mere end tre gange så stor som det kommercielle system.

Forskerne brugte transmissionselektronmikroskopi på forskellige stadier af holdbarhedstesten for at undersøge, hvorfor den katalytiske aktivitet forblev så høj. De fandt ud af, at selen-ankrene var effektive til at holde de fleste platinpartikler på plads.

"Efter 20. 000 cyklusser, de fleste af partiklerne forblev på kulstofbæreren uden løsrivelse eller aggregering, " sagde Cao. "Vi mener, at denne type katalytisk system rummer et stort potentiale som en skalerbar måde at øge holdbarheden og aktiviteten af ​​platinkatalysatorer og i sidste ende forbedre gennemførligheden af ​​at bruge brændselsceller til en bredere vifte af applikationer."