Illustrazione del processo di sintesi passo-passo per la preparazione di catalizzatori di nanoparticelle ternarie e riarrangiamento della struttura elettronica mediante trasferimento di elettroni tra atomi di metallo. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Un team di ricerca in Corea ha sintetizzato nanoparticelle metalliche che possono migliorare drasticamente le prestazioni dei catalizzatori a celle a combustibile a idrogeno utilizzando la tecnologia di produzione dei semiconduttori. Il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato che il team di ricerca guidato dal Dr. Sung Jong Yoo dell'Hydrogen Fuel Cell Research Center è riuscito a sintetizzare nanoparticelle con un metodo fisico piuttosto che con le reazioni chimiche esistenti utilizzando la tecnologia di sputtering, che è una tecnologia di deposizione di film di metallo sottile utilizzata nella produzione di semiconduttori.
Le nanoparticelle metalliche sono state studiate in vari campi negli ultimi decenni. Recentemente, le nanoparticelle metalliche hanno attirato l'attenzione come catalizzatore critico per le celle a combustibile a idrogeno e i sistemi di elettrolisi dell'acqua per produrre idrogeno. Le nanoparticelle metalliche vengono principalmente preparate attraverso complesse reazioni chimiche. Inoltre, sono preparati utilizzando sostanze organiche dannose per l'ambiente e per l'uomo. Pertanto, sono inevitabilmente sostenuti costi aggiuntivi per il loro trattamento e le condizioni di sintesi sono difficili. Pertanto, per stabilire il regime energetico dell'idrogeno è necessario un nuovo metodo di sintesi delle nanoparticelle in grado di superare le carenze della sintesi chimica esistente.
Il processo di sputtering applicato dal team di ricerca KIST è una tecnologia che ricopre una sottile pellicola di metallo durante il processo di produzione dei semiconduttori. In questo processo, il plasma viene utilizzato per tagliare grandi metalli in nanoparticelle, che vengono poi depositate su un substrato per formare un film sottile. Il team di ricerca ha preparato le nanoparticelle utilizzando "glucosio", un substrato speciale che ha impedito la trasformazione delle nanoparticelle metalliche in una pellicola sottile utilizzando il plasma durante il processo. Il metodo di sintesi utilizzava il principio della deposizione fisica da vapore utilizzando il plasma anziché reazioni chimiche. Pertanto, le nanoparticelle metalliche potrebbero essere sintetizzate utilizzando questo semplice metodo, superando i limiti dei metodi di sintesi chimica esistenti.
Immagini TEM a basso e alto ingrandimento di PtCo/C e PtCoV/C. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Lo sviluppo di nuovi catalizzatori è stato ostacolato perché i metodi di sintesi chimica esistenti limitavano i tipi di metalli che potevano essere utilizzati come nanoparticelle. Inoltre, le condizioni di sintesi devono essere modificate a seconda del tipo di metallo. Tuttavia, è diventato possibile sintetizzare nanoparticelle di metalli più diversi attraverso il metodo di sintesi sviluppato. Inoltre, se questa tecnologia viene applicata contemporaneamente a due o più metalli, è possibile sintetizzare nanoparticelle di leghe di varia composizione. Ciò porterebbe allo sviluppo di catalizzatori di nanoparticelle ad alte prestazioni basati su leghe di varie composizioni.
Il team di ricerca KIST ha sintetizzato un catalizzatore di nanoparticelle in lega di platino-cobalto-vanadio utilizzando questa tecnologia e applicato per la reazione di riduzione dell'ossigeno negli elettrodi delle celle a combustibile a idrogeno. Di conseguenza, l'attività del catalizzatore era sette e tre volte superiore a quella dei catalizzatori di platino e di leghe di platino-cobalto che sono usati commercialmente rispettivamente come catalizzatori per celle a combustibile a idrogeno. Inoltre, i ricercatori hanno studiato l'effetto del vanadio appena aggiunto su altri metalli nelle nanoparticelle. Hanno scoperto che il vanadio migliorava le prestazioni del catalizzatore ottimizzando l'energia di legame platino-ossigeno attraverso la simulazione al computer.
Il Dr. Sung Jong Yoo del KIST ha commentato:"Attraverso questa ricerca, abbiamo sviluppato un metodo di sintesi basato su un nuovo concetto, che può essere applicato alla ricerca incentrata sulle nanoparticelle metalliche verso lo sviluppo di sistemi di elettrolisi dell'acqua, celle solari e prodotti petrolchimici". Ha aggiunto:"Ci adopereremo per stabilire un'economia dell'idrogeno completa e sviluppare una tecnologia a emissioni zero applicando nanoparticelle di lega con nuove strutture, che è stato difficile da implementare, per [sviluppare] tecnologie energetiche eco-compatibili, comprese le celle a combustibile a idrogeno". + Esplora ulteriormente
