Un team di ricerca interdisciplinare presso l'Università tecnica di Monaco (TUM) ha costruito nanoparticelle di platino per la catalisi nelle celle a combustibile:i nuovi catalizzatori ottimizzati per le dimensioni sono due volte più potenti del miglior processo attualmente disponibile in commercio.

Le celle a combustibile possono benissimo sostituire le batterie come fonte di energia per le auto elettriche. Consumano idrogeno, un gas che potrebbe essere prodotto, Per esempio, utilizzando l'energia elettrica in eccesso dagli impianti eolici. Però, il platino utilizzato nelle celle a combustibile è raro ed estremamente costoso, e questo è stato finora un fattore limitante nelle applicazioni.

Un gruppo di ricerca dell'Università tecnica di Monaco (TUM) guidato da Roland Fischer, Professore di Chimica Inorganica e Organometallica, Aliaksandr Bandarenka, Fisica della Conversione e Accumulo dell'Energia e Alessio Gagliardi, Professore di Simulazione di Nanosistemi per la Conversione Energetica, ha ora ottimizzato la dimensione delle particelle di platino a un livello tale che le particelle hanno prestazioni due volte superiori rispetto ai migliori processi oggi disponibili in commercio.

Ideale:un "uovo" di platino delle dimensioni di un solo nanometro

Nelle celle a combustibile, l'idrogeno reagisce con l'ossigeno per produrre acqua, generazione di elettricità nel processo. Sono necessari catalizzatori sofisticati agli elettrodi per ottimizzare questa conversione. Il platino svolge un ruolo centrale nella reazione di riduzione dell'ossigeno.

Alla ricerca di una soluzione ideale, il team ha creato un modello al computer del sistema completo. La domanda centrale:quanto può essere piccolo un gruppo di atomi di platino e avere ancora un effetto catalitico altamente attivo? "Si scopre che ci sono alcune dimensioni ottimali per le pile di platino, " spiega Fischer.

Le particelle che misurano circa un nanometro e contengono circa 40 atomi di platino sono l'ideale. "I catalizzatori al platino di questo ordine di grandezza hanno un volume ridotto ma un gran numero di spot altamente attivi, con conseguente attività di massa elevata, "dice Bandarenka.

Collaborazione interdisciplinare

La collaborazione interdisciplinare presso il Catalysis Research Center (CRC) è stato un fattore importante nei risultati del team di ricerca. Combinando le capacità teoriche nella modellazione, discussioni congiunte e conoscenze fisiche e chimiche acquisite dagli esperimenti hanno infine portato a un modello che mostra come i catalizzatori possono essere progettati con la forma ideale, dimensione e distribuzione dimensionale dei componenti coinvolti.

Inoltre, il CRC ha anche le competenze necessarie per creare e testare sperimentalmente i nanocatalizzatori di platino calcolati. "Ci vuole molto in termini di arte della sintesi inorganica, "dice Kathrin Kratzl, insieme a Batyr Garlyyev e Marlon Rück, uno dei tre principali autori dello studio.

Due volte più efficace del miglior catalizzatore convenzionale

L'esperimento ha confermato esattamente le previsioni teoriche. "Il nostro catalizzatore è due volte più efficace del miglior catalizzatore convenzionale sul mercato, "dice Garlyyev, aggiungendo che questo non è ancora adeguato per applicazioni commerciali, poiché l'attuale riduzione del 50 percento della quantità di platino dovrebbe aumentare all'80 percento.

Oltre alle nanoparticelle sferiche, i ricercatori sperano in un'attività catalitica ancora più elevata da forme significativamente più complesse. E i modelli informatici stabiliti nella partnership sono ideali per questo tipo di modellazione. "Tuttavia, forme più complesse richiedono metodi di sintesi più complessi, " dice Bandarenka. Questo renderà gli studi computazionali e sperimentali sempre più importanti in futuro.