Kemiker syntetiserer guldbaserede elektrokatalysatorer

En RUDN-kemiker har syntetiseret en elektrokatalysator baseret på guldnanopartikler med organiske ligander, der kan udløse både hydrogenproduktionsreaktioner og iltreduktionsreaktioner i brændselsceller. Udbyttet af produkter med den nye katalysator var dobbelt så højt som ved anvendelse af en traditionel platinbaseret katalysator. Artiklen blev publiceret i Journal of Materials Chemistry A .

Katalysatorer baseret på metal nanopartikler, for eksempel, guld eller platin, er nødvendige for reaktioner i brændselsceller og i industriel produktion af brint. Hvis organiske molekyler, ligander, er knyttet til nanopartikler, aktiviteten af ​​katalysatoren kan øges. Imidlertid, der har været få artikler, der hidtil har undersøgt sådanne katalysatorers muligheder.

Rafael Luque, en RUDN-kemiker, syntetiserede en katalysator baseret på guld nanopartikler stabiliseret med citrat, et salt af citronsyre. For at opnå guld nanopartikler i kompleks med andre organiske stoffer, en udveksling af ligander blev udført baseret på en koncentrationsgradient. For det, nanopartikler blev inkuberet i en opløsning af en ny ligand, og derefter centrifugeret for at udfælde dannede nanopartikler med vedhæftede ligander.

Under eksperimentet med iltreduktionsreaktioner, kemikerne fandt en signifikant effekt af typen af ​​ligand og dens interaktion med guldoverfladen på absorptionen af ​​O ₂ molekyler. Guldnanopartikler med citrat viste sig at være de bedste i disse reaktioner. Den begrænsende strømtæthed for denne type katalysator - 5,58 milliampere pr. kvadratcentimeter - var to gange højere end for nanopartikler med andre ligander. Det betyder, at med samme energiforbrug, denne katalysator vil producere mere ilt.

I hydrogenproduktionsreaktioner, den bedste katalytiske aktivitet, såvel som i iltreduktionsreaktioner, blev demonstreret af citratnanopartikler. I øvrigt, deres effektivitet var kun halvdelen af ​​effektiviteten af ​​en platinkatalysator, som væsentligt overstiger guldanalogen i omkostninger.

Undersøgelsen af ​​strukturerne viste, at guldnanopartikler med citrat mistede nogle af deres ligander, mens nanopartikler med cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) og mercaptoundecansyre (MUA) forblev næsten uændrede. Dette kan skyldes den forskellige styrke af bindingerne mellem guld og organiske ligander. For at teste stabiliteten, hvilket er en af ​​de vigtigste egenskaber ved katalysatorerne, alle prøver blev testet i 12 timer under en spænding, der væsentligt oversteg det optimale. Alle nanopartikler beholdt deres struktur efter test; i øvrigt, guld nanopartikler med citrat forbedrede deres elektrokatalytiske egenskaber. Dette kan tyde på, at nye typer katalysatorer vil fungere effektivt under kontinuerlig drift.

På grund af stabiliteten af ​​de nye katalysatorer, disse har et interessant potentiale til at blive ansat i industrien i fremtiden. Ligandudvekslingsmetoden udviklet af kemikerne kan finde anvendelse i syntesen af ​​katalysatorer med forudbestemte egenskaber egnet til vedvarende brintbaserede energikilder.