Siti più attivi e più superficie sui catalizzatori accelerano la conversione chimica di ossigeno e idrogeno in acqua ed elettroni, generazione di energia elettrica. Gli scienziati hanno ideato un nuovo percorso di sintesi per produrre un catalizzatore che raddoppia il tasso di conversione rispetto al miglior catalizzatore riportato in precedenza. Il processo inizia con un filo sottile sintetizzato chimicamente con un nucleo di platino (Pt) e un ossido di nichel (involucro NiO) (in alto). Il team riscalda i fili per formare un nanofilo di platino-nichel (NW) (al centro). Il team tratta elettrochimicamente il filo per rimuovere il nichel, ottenendo un filo di platino con una superficie frastagliata (in basso). Credito:Dott. Xiangfeng Duan, Università della California, Los Angeles
Le celle a combustibile producono elettricità attraverso reazioni chimiche. Una reazione chiave è combinare l'ossigeno con l'idrogeno per produrre acqua rilasciando energia sotto forma di elettroni. La velocità di questa conversione è in genere lenta. Richiede la presenza di un catalizzatore come il platino. In questa ricerca, un team ha sviluppato un processo di lisciviazione per produrre nanofili di platino frastagliati ultrafini. I fili hanno una straordinaria attività superficiale e aree superficiali elevate. Combinato, queste caratteristiche forniscono un catalizzatore con un tasso di conversione record.
I risultati offrono una nuova strategia per la progettazione di catalizzatori a base di platino altamente efficienti. Tali catalizzatori possono ridurre drasticamente la quantità di platino costoso necessaria. Questi catalizzatori possono ridurre il costo delle celle a combustibile.
Il platino è un elemento essenziale per catalizzare la reazione di riduzione dell'ossigeno fondamentale per le operazioni delle celle a combustibile, una tecnologia che genera elettricità da reazioni chimiche di idrogeno e ossigeno. L'alto costo del platino è un fattore primario che limita l'adozione di celle a combustibile che generano elettricità. Una misura dell'efficienza del catalizzatore al platino è l'attività di massa, l'attività catalitica divisa per il peso del platino. È necessario realizzare attività di massa più elevate per ridurre l'utilizzo di platino richiesto e ridurre i costi delle celle a combustibile. Il miglioramento dell'attività della massa di platino richiede l'ottimizzazione sia dell'attività specifica che dell'area superficiale elettrochimicamente attiva del catalizzatore.
Ricercatori dell'Università della California, Los Angeles, scoperto che potevano convertire nanofili con un nucleo di platino e un guscio di ossido di nichel, realizzati con tecniche di sintesi in soluzione, in nanofili in lega di platino-nichel attraverso un processo di ricottura termica. Il team potrebbe quindi trasformare i fili in nanofili di platino frastagliati tramite deallocazione o lisciviazione elettrochimica. I nanofili frastagliati mostrano un'attività di massa di 13,6 ampere per milligrammo di platino, che è quasi il doppio dei migliori valori precedentemente riportati. Le simulazioni di dinamica molecolare reattiva (un tipo di modellazione al computer del materiale) suggeriscono che le strutture superficiali sottocoordinate migliorano la reazione desiderata più delle superfici rilassate di altre strutture catalitiche al platino.
