Ædelstenslignende nanopartikler af ædle metaller skinner som katalysatorer

Et forskerhold fra Northwestern University har udviklet en ny metode til fremstilling af yderst ønskværdige katalysatorer fra metalnanopartikler, der kan føre til bedre brændselsceller, blandt andre applikationer. Forskerne opdagede også, at metoden kan tage brugte katalysatorer og genbruge dem til aktive katalysatorer.

Fremstillet hovedsageligt af ædle metaller, disse eftertragtede katalysatorer er formet som ædelstene. Hver partikel har 24 forskellige flader, der præsenterer atomer ved overfladen på måder, der gør dem mere katalytisk aktive end dem, der er kommercielt tilgængelige.

Metoden tager grundlæggende metalprækursorer, og, brug af varme og stabiliserende sporstoffer, omdanner hurtigt deres form til strukturer, der er meget aktive katalytisk. Kommercielle produkter såsom brændselsceller - vigtige kilder til ren energi - er afhængige af sådanne katalysatorer.

Metoden er generel; undersøgelsen viser, at det virker med fem monometalliske nanopartikler og et bibliotek af bimetalliske nanopartikler, spænder over syv forskellige metaller, inklusive platin, kobolt og nikkel.

"Mange af disse ædelmetaller er ansvarlige for at katalysere nogle af de vigtigste kemiske transformationer, der bruges i kemikaliet, olie- og brændselscelleindustrien, " sagde Chad A. Mirkin, George B. Rathmann professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences, der ledede forskningen.

"Vi kan ikke kun fremstille kommercielt ønskværdige katalysatorer, men vi kan genbruge brugte brændselscellekatalysatorer til de mest aktive former. Katalysatorer nedbrydes langsomt over tid og ændrer sig, så det faktum, at vi kan genvinde og genaktivere disse katalysatorer lavet af dyre materialer, er ekstremt værdifuldt, " sagde Mirkin.

Studiet, som omfatter både simuleringer og eksperimenter, vil blive offentliggjort 13. september i tidsskriftet Videnskab .

De nye katalysatorer kaldes high-index facet nanopartikelkatalysatorer - en optimal form til at accelerere kemiske reaktioner. Mirkins team fandt ud af, at deres platinkatalysatorer var 20 gange hurtigere end den kommercielle lavindeksform for myresyreelektrooxidationsreaktionen (baseret på platinindhold).

"Platin i facetformen med højt indeks er anderledes og bedre end det er i andre nanopartikelformer, " sagde Chris Wolverton, en medforfatter af undersøgelsen og Jerome B. Cohen professor i materialevidenskab og teknik ved Northwesterns McCormick School of Engineering.

"Det handler om kemi, " tilføjede Mirkin, som også er direktør for Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

Mirkins tværfaglige team omfatter også Vinayak Dravid, Abraham Harris professor i materialevidenskab og teknik, hos McCormick.

Katalyse bidrager til mere end 35 % af verdens bruttonationalprodukt, ifølge American Chemistry Council. De nye katalysatorer kan fremstilles i masse og uden brug af ligander, som kan kompromittere katalytisk aktivitet. Processen, der både kan skabe nye katalysatorer og genbruge brugte katalysatorer, er hurtig og skalerbar.

Mirkin sagde, at teknologien måske ikke er langt væk fra at blive brugt kommercielt. "Denne type teknologi er klar til at blive opskaleret og brugt bredt i katalysesamfundet, " han sagde.

Det Videnskab papiret har titlen "Høj-indeks facet nanopartikel-form regulering ved delegering." Den første forfatter er Liliang Huang, en kandidatstuderende i Mirkins laboratorium.