Un'illustrazione della procedura di sintesi delle nanoparticelle core-shell e successiva deposizione di platino. Credito:Abruna lab
(PhysOrg.com) -- Le celle a combustibile possono alimentare le auto del futuro, ma non basta farli funzionare, devono essere abbordabili. I ricercatori della Cornell hanno sviluppato un nuovo modo per sintetizzare un materiale elettrocatalitico di celle a combustibile senza spendere troppo.
La ricerca, pubblicato online il 24 novembre nella Giornale della Società Chimica Americana , descrive un metodo semplice per produrre nanoparticelle che guidano le reazioni elettrocatalitiche all'interno delle celle a combustibile a temperatura ambiente.
Le celle a combustibile convertono l'energia chimica direttamente in energia elettrica. Sono costituiti da un anodo, che ossida il carburante (come l'idrogeno), e un catodo, che riduce l'ossigeno in acqua. Una membrana polimerica separa gli elettrodi. Le auto a celle a combustibile oggi in produzione utilizzano platino puro per catalizzare la reazione di riduzione dell'ossigeno nel lato del catodo. Mentre il platino è il catalizzatore più efficiente oggi disponibile per la reazione di riduzione dell'ossigeno, la sua attività è limitata, ed è raro e costoso.
Le nanoparticelle dei ricercatori Cornell offrono un'alternativa al platino puro a una frazione del costo. Sono costituiti da un nucleo di palladio e cobalto e rivestiti con uno strato di platino dello spessore di un atomo. Palladio, anche se non è un buon catalizzatore, ha proprietà simili al platino (è nello stesso gruppo sulla tavola periodica degli elementi; ha la stessa struttura cristallina; ed è simile nella dimensione atomica), ma costa un terzo in meno ed è 50 volte più abbondante sulla Terra.
Ricercatori guidati da Héctor D. Abruña, l'E.M. Chamot Professore di Chimica e Biologia Chimica, ha realizzato le nanoparticelle su un substrato di carbonio e ha fatto autoassemblare il nucleo di palladio-cobalto, riducendo i costi di produzione. Primo autore Deli Wang, un associato post-dottorato nel laboratorio di Abruña, progettato gli esperimenti e sintetizzato le nanoparticelle.
Immagini a risoluzione atomica della nanoparticella di palladio-cobalto, prima della deposizione del platino. Credito:laboratorio Muller
David Muller, professore di fisica applicata e ingegneristica e condirettore del Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, ha guidato gli sforzi volti all'imaging delle particelle fino alla risoluzione atomica per dimostrare la loro composizione chimica e distribuzione, e per dimostrare l'efficacia delle conversioni catalitiche.
"La struttura cristallina del substrato, la composizione e la distribuzione spaziale delle nanoparticelle giocano un ruolo importante nel determinare le prestazioni del platino, " disse Huolin Xin, uno studente laureato nel laboratorio di Muller.
Il lavoro è stato supportato dall'Energy Materials Center di Cornell, un Centro di ricerca sulle frontiere energetiche del Dipartimento dell'energia. I ricercatori hanno anche utilizzato attrezzature presso il Cornell Center for Materials Research.
