Il platino è stato a lungo utilizzato come catalizzatore per consentire la reazione di riduzione dell'ossidazione al centro della tecnologia delle celle a combustibile. Ma l'alto costo del metallo è un fattore che ha impedito alle celle a combustibile di competere con modi più economici di alimentare automobili e case.

Ora i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato un nuovo sistema catalitico a base di platino che è molto più durevole dei tradizionali sistemi commerciali e ha una durata di vita potenzialmente più lunga. Il nuovo sistema potrebbe Oltre il lungo termine, ridurre i costi di produzione delle celle a combustibile.

Nello studio, che è stato pubblicato il 15 luglio sulla rivista ACS Nano lettere , i ricercatori hanno descritto un possibile nuovo modo per risolvere una delle principali cause di degradazione dei catalizzatori al platino, sinterizzazione, un processo in cui le particelle di platino migrano e si aggregano, riducendo l'area superficiale specifica del platino e provocando la caduta dell'attività catalitica.

Per ridurre tale sinterizzazione, i ricercatori hanno ideato un metodo per ancorare le particelle di platino al loro materiale di supporto in carbonio utilizzando frammenti dell'elemento selenio.

"Ci sono strategie là fuori per mitigare la sinterizzazione, come l'uso di particelle di platino di dimensioni uniformi per ridurre l'instabilità chimica tra loro, " disse Zhengming Cao, uno studente laureato in visita alla Georgia Tech. "Questo nuovo metodo che utilizza il selenio si traduce in una forte interazione metallo-supporto tra il platino e il materiale di supporto in carbonio e quindi una durata notevolmente migliorata. Allo stesso tempo, le particelle di platino possono essere utilizzate e mantenute a un livello ridotto per ottenere un'elevata attività catalitica dall'aumento della superficie specifica."

Il processo inizia caricando sfere di selenio su scala nanometrica sulla superficie di un supporto di carbonio commerciale. Il selenio viene poi fuso ad alte temperature in modo che si diffonda e ricopra uniformemente la superficie del carbonio. Quindi, il selenio viene fatto reagire con un precursore salino del platino per generare particelle di platino di diametro inferiore a due nanometri e distribuite uniformemente sulla superficie del carbonio.

L'interazione covalente tra il selenio e il platino fornisce un forte legame per ancorare stabilmente le particelle di platino al carbonio.

"Il sistema catalitico risultante è stato notevole sia per la sua elevata attività come catalizzatore che per la sua durata, " disse Younan Xia, professore e Brock Family Chair presso il Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering presso la Georgia Tech and Emory University.

A causa della maggiore superficie specifica del platino su scala nanometrica, il nuovo sistema catalitico inizialmente ha mostrato un'attività catalitica tre volte e mezzo superiore al valore originario di un catalizzatore commerciale al platino-carbonio all'avanguardia. Quindi, il team di ricerca ha testato il sistema catalitico utilizzando un test di durata accelerata. Anche dopo le 20, 000 cicli di spazzamento elettropotenziale, il nuovo sistema forniva ancora un'attività catalitica più di tre volte quella del sistema commerciale.

I ricercatori hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione in diverse fasi del test di durata per esaminare il motivo per cui l'attività catalitica è rimasta così elevata. Hanno scoperto che le ancore di selenio erano efficaci nel mantenere in posizione la maggior parte delle particelle di platino.

"Dopo il 20, 000 cicli, la maggior parte delle particelle è rimasta sul supporto di carbonio senza distacco o aggregazione, " Ha detto Cao. "Riteniamo che questo tipo di sistema catalitico abbia un grande potenziale come modo scalabile per aumentare la durata e l'attività dei catalizzatori al platino e, infine, migliorare la fattibilità dell'utilizzo delle celle a combustibile per una più ampia gamma di applicazioni".