Per rendere le celle a combustibile moderne meno costose e più potenti, un team guidato da ingegneri chimici Johns Hopkins ha tratto ispirazione dall'antica tradizione egiziana della doratura.

Gli artisti egiziani al tempo del re Tutankhamon coprivano spesso metalli più economici (rame, per esempio) con un sottile strato di un metallo prezioso scintillante come l'oro per creare maschere e gioielli stravaganti. In chiave moderna, i ricercatori guidati dalla Johns Hopkins hanno applicato un minuscolo rivestimento di costoso platino dello spessore di appena un nanometro:100, 000 volte più sottile di un capello umano, fino a un nucleo di cobalto molto più economico. Questo matrimonio microscopico potrebbe diventare un catalizzatore cruciale nelle nuove celle a combustibile che generano corrente elettrica per alimentare automobili e altre macchine.

Il nuovo design delle celle a combustibile farebbe risparmiare denaro perché richiederebbe molto meno platino, un metallo molto raro e costoso che viene comunemente usato come catalizzatore nelle attuali auto elettriche a celle a combustibile. I ricercatori, che hanno pubblicato il loro lavoro all'inizio di quest'anno in Nano lettere , dire che rendendo le auto elettriche più accessibili, questa innovazione potrebbe ridurre l'emissione di anidride carbonica e altri inquinanti dai veicoli a benzina o diesel.

"Questa tecnica potrebbe accelerare il nostro lancio fuori dall'era dei combustibili fossili, " ha detto Chao Wang, un assistente professore della Johns Hopkins presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare e autore senior dello studio. "Non solo ridurrà il costo delle celle a combustibile, ma migliorerà anche l'efficienza energetica e le prestazioni energetiche dei veicoli elettrici puliti alimentati a idrogeno".

Nel loro articolo di giornale, gli autori hanno rivolto il loro cappello agli antichi artigiani egizi che hanno usato una tecnica di placcatura simile per dare alle maschere di rame e ad altre opere d'arte metalliche un brillante strato finale di argento o oro. "L'idea, "Wang ha detto, "è mettere un po' del prezioso tesoro sopra la roba a buon mercato."

Ha sottolineato che il platino, frequentemente usato in gioielleria, è anche un materiale fondamentale nell'industria moderna. Catalizza le reazioni essenziali in attività tra cui la lavorazione del petrolio, sintesi petrolchimica, e controllo delle emissioni nei veicoli a combustione, ed è utilizzato nelle celle a combustibile. Ma, Egli ha detto, l'alto costo del platino e la disponibilità limitata hanno reso il suo uso nelle tecnologie dell'energia pulita in gran parte impraticabile, fino ad ora.

"C'è molto più cobalto là fuori del platino, " ha detto l'autore principale e borsista post-dottorato della Johns Hopkins Lei Wang, che non è imparentato con Chao Wang. "Siamo stati in grado di estendere significativamente i benefici del platino rivestendolo su cobalto, e siamo anche riusciti a potenziare l'attività del platino allo stesso tempo."

I primi tentativi di placcare metalli preziosi su materiali non preziosi sono stati in gran parte ostacolati dalle reazioni di sostituzione galvanica:l'ossidazione del metallo non prezioso. In questo studio, il team ha soppresso con successo tali reazioni introducendo monossido di carbonio, una molecola di gas che si lega fortemente al cobalto, proteggendolo dall'ossidazione.

Non solo le nanoparticelle di cobalto-platino hanno ridotto l'uso di platino; si sono comportati quasi 10 volte meglio del solo platino. I ricercatori hanno affermato che questa maggiore attività catalitica deriva sia dall'esposizione massimizzata degli atomi di platino sulla superficie sia dalle interazioni tra i due metalli.

"L'intimo contatto tra cobalto e platino dà origine a deformazioni compressive, "Ha detto Lei Wang. "Riduce la distanza tra gli atomi di platino e rende più fattibili le reazioni chimiche sulla superficie".

Poiché il platino e altri metalli rari svolgono un ruolo chiave in molte applicazioni industriali, le implicazioni di questo lavoro vanno oltre le celle a combustibile. Attualmente, il team sta lavorando per adattare la propria tecnica ad altri metalli preziosi e substrati non preziosi. Nuovi sviluppi riguarderanno ulteriori applicazioni di tali materiali nelle conversioni chimiche degli idrocarburi.

"Molte reazioni che dipendono da catalizzatori di metalli preziosi potrebbero essere rese più economiche ed efficaci sfruttando la nostra tecnologia, " Chao Wang ha detto. "In un momento in cui stiamo diventando dolorosamente consapevoli dei limiti delle nostre fonti di energia e materiali non rinnovabili, questa tecnica ci indica una nuova direzione molto gradita."