Un chimico RUDN ha sintetizzato un elettrocatalizzatore a base di nanoparticelle d'oro con ligandi organici in grado di innescare sia reazioni di produzione di idrogeno che reazioni di riduzione dell'ossigeno nelle celle a combustibile. La resa dei prodotti con il nuovo catalizzatore era doppia rispetto a quando si utilizzava un catalizzatore tradizionale a base di platino. L'articolo è stato pubblicato su Journal of Materials Chemistry A .

Catalizzatori a base di nanoparticelle metalliche, Per esempio, oro o platino, sono necessari per le reazioni nelle celle a combustibile e nella produzione industriale di idrogeno. Se le molecole organiche, ligandi, sono attaccati alle nanoparticelle, l'attività del catalizzatore può essere aumentata. Però, ci sono stati pochi articoli che hanno indagato le capacità di tali catalizzatori finora.

Raffaele Luca, un chimico RUDN, sintetizzato un catalizzatore a base di nanoparticelle d'oro stabilizzate con citrato, un sale dell'acido citrico. Per ottenere nanoparticelle d'oro in complesso con altre sostanze organiche, è stato effettuato uno scambio di ligandi sulla base di un gradiente di concentrazione. Per questo, le nanoparticelle sono state incubate in una soluzione di un nuovo ligando, e poi centrifugato per precipitare le nanoparticelle formate con ligandi attaccati.

Durante l'esperimento nelle reazioni di riduzione dell'ossigeno, i chimici hanno riscontrato un effetto significativo del tipo di legante e della sua interazione con la superficie dell'oro sull'assorbimento di O ₂ molecole. Le nanoparticelle d'oro con citrato si sono rivelate le migliori in queste reazioni. La densità di corrente limite di questo tipo di catalizzatore, 5,58 milliampere per centimetro quadrato, era due volte superiore a quella delle nanoparticelle con altri ligandi. Ciò significa che a parità di consumo energetico, questo catalizzatore produrrà più ossigeno.

Nelle reazioni di produzione di idrogeno, la migliore attività catalitica, così come nelle reazioni di riduzione dell'ossigeno, è stato dimostrato da nanoparticelle di citrato. Inoltre, la loro efficienza era solo la metà dell'efficienza di un catalizzatore al platino, che supera significativamente l'analogo dell'oro nel costo.

Lo studio delle strutture ha mostrato che le nanoparticelle d'oro con citrato hanno perso alcuni dei loro ligandi, mentre le nanoparticelle con bromuro di cetiltrimetilammonio (CTAB) e acido mercaptoundecanoico (MUA) sono rimaste pressoché invariate. Ciò può essere dovuto alla diversa forza dei legami tra oro e ligandi organici. Per testare la stabilità, che è una delle caratteristiche più importanti dei catalizzatori, tutti i campioni sono stati testati per 12 ore con una tensione che ha superato significativamente l'optimum. Tutte le nanoparticelle hanno mantenuto la loro struttura dopo il test; Inoltre, le nanoparticelle d'oro con citrato hanno migliorato le loro caratteristiche elettrocatalitiche. Ciò potrebbe indicare che i nuovi tipi di catalizzatori funzioneranno efficacemente in condizioni di funzionamento continuo.

A causa della stabilità dei nuovi catalizzatori, questi hanno un potenziale interessante per essere impiegati nell'industria in futuro. Il metodo di scambio ligando sviluppato dai chimici può trovare applicazione nella sintesi di catalizzatori con proprietà predeterminate adatti a fonti energetiche rinnovabili a base di idrogeno.