Gli scienziati dell'Ames Laboratory hanno scoperto un metodo per rendere più piccoli, nanoparticelle intermetalliche più efficienti per applicazioni di celle a combustibile, e che utilizzano anche meno del costoso metallo prezioso platino.

I ricercatori sono riusciti a superare alcune delle sfide tecniche presentate nella fabbricazione delle nanoparticelle di platino-zinco con una struttura reticolare ordinata, che funzionano meglio alle piccole dimensioni in cui l'area superficiale chimicamente reattiva è più alta in proporzione al volume delle particelle.

"Quel rapporto superficie-volume è importante per ottenere il massimo da una nanoparticella intermetallica, " disse Wenyu Huang, Scienziato del laboratorio di Ames e assistente professore di chimica alla Iowa State University. "Più piccola è la particella, più superficie c'è, e più superficie aumenta l'attività catalitica."

Ma l'alta temperatura del processo di ricottura necessaria per formare nanoparticelle intermetalliche spesso vanifica l'obiettivo di raggiungere una piccola dimensione.

"La ricottura ad alta temperatura può causare l'aggregazione o l'aggregazione delle particelle, e produce particelle di dimensioni maggiori che hanno meno superficie disponibile e non sono altrettanto reattive. Così, solo i passaggi necessari per produrli possono vanificare le loro prestazioni chimiche finali, " disse Huang.

Per evitare che si verifichi l'aggregazione durante il processo di riscaldamento, Il gruppo di ricerca di Huang ha utilizzato per la prima volta i nanotubi di carbonio come supporto per le nanoparticelle di PtZn, e poi li ha rivestiti con un guscio di silice mesoporosa sacrificale per la ricottura ad alta temperatura per formare le strutture intermetalliche. Successivamente, un processo di incisione chimica rimuove il guscio di silice.

Il prodotto finale risultante di particelle di platino-zinco uniformi da 3,2 nm non solo ha prodotto il doppio dell'attività catalitica per sito superficiale, quella superficie ha visto dieci volte l'attività catalitica di particelle più grandi contenenti la stessa quantità di platino.

La scoperta è stata resa possibile in parte dalle capacità di un nuovo microscopio elettronico a scansione Titan presso il Sensitive Instrument Facility del laboratorio Ames, finanziato congiuntamente dal Dipartimento dell'Energia e dalla Iowa State University.

"Essere in grado di vedere le distribuzioni del materiale a livello atomico con il nostro nuovo microscopio ha avuto un enorme impatto positivo sulle capacità del Laboratorio di mettere a punto i materiali, " ha detto Lin Zhou, scienziato associato e responsabile dello strumento per la Sensitive Instrument Facility. "È un processo molto più immediato, essere in grado di collaborare direttamente con gli scienziati di fabbricazione interni. Sulla base dei risultati e dei suggerimenti che forniamo, possono migliorare il materiale, possiamo caratterizzarlo ancora una volta, e il ciclo di scoperta è molto più veloce."

La ricerca è ulteriormente discussa in un documento, "Nanoparticelle intermetalliche sub-4 nm PtZn per una maggiore massa e attività specifiche nella reazione di elettroossidazione catalitica" pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana .