I ricercatori della Ruhr-Universität Bochum e del Fritz Haber Institute di Berlino hanno sviluppato un nuovo metodo per conservare catalizzatori rari e costosi e usarli con parsimonia. Racchiudevano un prezioso sale di metallo in minuscole micelle, e li colpì contro un elettrodo di carbonio, rivestendo così la superficie con nanoparticelle del metallo prezioso contenuto nelle micelle. Allo stesso tempo, il team ha analizzato con precisione la quantità di metallo depositata. I ricercatori hanno poi dimostrato che l'elettrodo rivestito in questo modo potrebbe catalizzare in modo efficiente la riduzione dell'ossigeno, che è il processo chimico limitante nelle celle a combustibile.

Il gruppo, guidato dalla professoressa Kristina Tschulik e Mathies Evers del Bochum Research Group for Electrochemistry and Nanoscale Materials descrive il processo nella rivista Angewandte Chemie , pubblicato online in anticipo l'11 aprile 2019.

Produzione di particelle della stessa dimensione

Il gruppo di ricerca ha prodotto le nanoparticelle d'oro con l'aiuto delle micelle. Le particelle inizialmente erano costituite da una sostanza precursore, acido cloroaurico, che era avvolto in un guscio esterno di polimero. Il vantaggio:"Quando produciamo nanoparticelle d'oro utilizzando micelle, le nanoparticelle sono tutte di dimensioni quasi identiche, "dice Kristina Tschulik, un investigatore principale del Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation (Resolv). Solo un certo carico del materiale precursore, da cui viene prodotta una singola particella di una certa dimensione, si inserisce all'interno della piccola micella. "Poiché le particelle di dimensioni diverse hanno proprietà catalitiche diverse, è importante controllare la dimensione delle particelle mediante la quantità di carico della micella, " aggiunge Tschulik.

Rivestimento uniforme, anche su superfici complesse

Per rivestire l'elettrodo cilindrico, i ricercatori lo hanno immerso in una soluzione contenente le micelle caricate e hanno applicato una tensione all'elettrodo. Il movimento casuale delle micelle nella soluzione ha fatto sì che nel tempo colpissero la superficie dell'elettrodo.

Là, il guscio esterno si aprì e gli ioni d'oro dell'acido cloroaurico reagirono per formare l'oro elementare, che aderisce alla superficie dell'elettrodo come uno strato uniforme di nanoparticelle. "Solo i substrati piatti possono essere rivestiti uniformemente con nanoparticelle utilizzando metodi standard, " spiega Tschulik. "Il nostro processo significa che anche le superfici complesse possono essere caricate uniformemente con un catalizzatore."

Quantità separata controllabile con precisione

Mentre gli ioni d'oro dell'acido cloroaurico reagiscono per formare oro elementare, flusso di elettroni. Misurando la corrente risultante, i chimici possono determinare esattamente quanto materiale è stato utilizzato per rivestire l'elettrodo. Allo stesso tempo, il metodo registra l'impatto di ogni singola particella e la sua dimensione.

I ricercatori hanno testato con successo la reazione di riduzione dell'ossigeno degli elettrodi rivestiti utilizzando il nuovo processo. Hanno raggiunto un'attività pari a quella delle nanoparticelle d'oro nude senza guscio esterno. Grazie al rivestimento uniforme della superficie, hanno anche osservato una velocità di reazione quasi pari a quella degli elettrodi completamente ricoperti d'oro e degli elettrodi in oro massiccio con una copertura di appena l'undici percento.