Gli scienziati della Rice University hanno fabbricato un catalizzatore durevole per celle a combustibile ad alte prestazioni attaccando singoli atomi di rutenio al grafene.

I catalizzatori che guidano la reazione di riduzione dell'ossigeno che consente alle celle a combustibile di trasformare l'energia chimica in elettricità sono generalmente realizzati in platino, che resiste alla natura acida dell'elettrolita che trasporta la carica della cellula. Ma il platino è costoso, e gli scienziati hanno cercato per decenni un sostituto adatto.

La combinazione rutenio-grafene può andare bene, disse il chimico James Tour, il cui laboratorio ha sviluppato il materiale con i suoi colleghi alla Rice e in Cina. Nei test, le sue prestazioni eguagliavano facilmente quelle delle tradizionali leghe a base di platino e del miglior ferro e grafene drogato con azoto, un altro contendente.

Un articolo sulla scoperta appare sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

"Il rutenio è spesso un catalizzatore altamente attivo quando fissato tra array di quattro atomi di azoto, eppure costa un decimo del platino tradizionale, " disse Tour. "E poiché stiamo usando singoli siti atomici piuttosto che piccole particelle, non ci sono atomi sepolti che non possono reagire. Tutti gli atomi sono disponibili per la reazione."

Diffondere singoli atomi di rutenio su un foglio di grafene, la forma spessa di un atomo di carbonio, si è rivelato abbastanza semplice, Tour ha detto. Si trattava di disperdere ossido di grafene in una soluzione, caricare in una piccola quantità di rutenio e poi liofilizzare la nuova soluzione e trasformarla in una schiuma.

Cuocendolo a 750 gradi Celsius (1, 382 gradi Fahrenheit) in presenza di azoto e idrogeno gassoso riduceva il grafene e bloccava gli atomi di azoto in superficie, fornendo siti in cui gli atomi di rutenio potrebbero legarsi.

I materiali realizzati a temperature più alte e più basse non erano altrettanto buoni, e quelli fatti alla temperatura opportuna ma senza rutenio né azoto dimostrarono che la qualità della reazione dipendeva dalla presenza di entrambi.

Il materiale ha mostrato un'eccellente tolleranza contro il crossover del metanolo e l'avvelenamento da monossido di carbonio in un mezzo acido, entrambi i quali degradano l'efficienza delle celle a combustibile; tale degrado è un problema persistente con le tradizionali celle a combustibile al platino.