Sostituire il tuo beverino di benzina di tutti i giorni con un'auto alimentata a idrogeno potrebbe ridurre drasticamente la tua impronta di carbonio. Allora perché non facciamo tutti il ​​cambio?

Uno dei motivi per cui non lo facciamo è il costoso catalizzatore al platino necessario per far funzionare le celle a combustibile a idrogeno in modo efficiente.

Ricerca condotta dai Sandia National Laboratories e dall'Università della California, Merced mirava a ridurre il costo delle celle a combustibile a idrogeno ha utilizzato un composto poco costoso per creare una superficie irregolare che assomiglia alle foglie di una pianta. L'area aggiuntiva aiuta a catalizzare l'idrogeno con la stessa efficienza del platino.

Ricercatori principali Stanley Chou, uno scienziato dei materiali Sandia, e Vincent Tung di UC Merced hanno chiesto un brevetto congiunto per il processo di stampa a spruzzo, che utilizza bisolfuro di molibdeno poco costoso. L'aumento della superficie della "foglia" increspata crea tre volte il numero di punti di contatto catalitici rispetto ad altre strutture di bisolfuro di molibdeno, e la nuova creazione può sopportare temperature più elevate rispetto al platino senza sinterizzare e incollare la cella.

Il lavoro fa parte di uno sforzo per alimentare in modo più economico le auto alimentate a idrogeno, desiderabili perché emettono acqua anziché monossido di carbonio o anidride carbonica.

La natura come alleata

Il metodo di produzione utilizza la natura come un alleato piuttosto che un ostacolo, disse Cho. "Nel pensiero tradizionale, forze come la gravità, viscosità e tensione superficiale devono essere superate per ottenere le forme fabbricate desiderate. Abbiamo pensato, invece di pensare queste forze come limitazioni, perché non usarli per fare qualcosa di utile? Così, Noi facemmo."

Tung ha affermato che il metodo utilizza processi naturali per produrre materiali per terminali di celle a combustibile estremamente economici per liberare idrogeno. "Il processo di stampa consente anche la deposizione continua, con la capacità di scalare per l'industria, " Egli ha detto.

Il team ha miscelato il disolfuro di molibdeno con acqua e ha utilizzato il processo di stampa per espellere goccioline di dimensioni micron in un'area chiusa alta circa 2 piedi. Mentre cadevano, le goccioline si sono prima separate in subunità nanoscopiche. Questi si asciugarono ulteriormente mentre cadevano, il loro volume restringente producendo una superficie tridimensionale irregolare molto simile alle foglie delle piante, con piccole creste, colline, canali, grotte e gallerie. Atterraggio su un substrato e l'uno sull'altro, le "foglie" erano ancora abbastanza umide da aderire come se fossero attaccate nei punti critici da minuscole goccioline di colla. Così, le nanostrutture non hanno perso la loro individualità ma, invece, mantenendo la propria identità, crearono minuscoli tunnel all'interno e tra di loro che consentivano un accesso straordinario agli atomi di idrogeno per cercare la loro libertà dai legami chimici.

L'ispirazione per la creazione di una forma 3-D ispirata alla bio è nata dallo studio del processo di piegatura della cuticola, un meccanismo utilizzato dalle piante per controllare la diffusione e la permeabilità sulle superfici fogliari, disse Cho.

"Vediamo il nostro catalizzatore come un materiale inorganico che agisce come una pianta. Le nanostrutture, come foglie, sono di forma varia, con piccoli saliscendi, " ha detto. "Le strutture assorbono un materiale esterno per produrre idrogeno piuttosto che ossigeno, e un giorno potrebbe essere alimentato dalla luce del sole." Proprio ora, l'elettricità a bassissima tensione fa il lavoro.

Dubbi sulla forza della struttura formata in modo così fortuito, Tung ha raccontato, sono stati risolti quando uno studente di 170 libbre ha calpestato inconsapevolmente una delle prime creazioni di catalizzatore di disolfuro di molibdeno quando è caduta accidentalmente sul pavimento. Spessore qualche centinaio di nanometri, poggiava su un substrato di carbonio di un centimetro quadrato, ma per il resto non era protetto. L'indagine elettromicroscopica ha mostrato che la minuscola struttura non è danneggiata. Anche le "foglie" si sono rivelate di lunga durata, continuando a produrre idrogeno per sei mesi.

L'opera è oggetto di un articolo tecnico pubblicato online sulla rivista Materiale avanzato .