Purdue -universitetets forskares simuleringar har avslöjat mysteriet med en ny elektrokatalysator som kan lösa ett betydande problem i samband med bränsleceller och elektrolysatorer.

Bränsleceller, som använder kemiska reaktioner för att producera energi, och elektrolysatorer, som omvandlar energi till väte eller andra gaser, använd elektrokatalysatorer för att främja kemiska reaktioner. Elektrokatalysatorer som kan aktivera sådana reaktioner tenderar att vara instabila eftersom de kan korrodera i de mycket sura eller basiska vattenlösningarna som används i bränsleceller eller elektrolysatorer.

Ett team under ledning av Jeffrey Greeley, docent i kemiteknik, har identifierat strukturen för en elektrokatalysator gjord av nickel nanoislands deponerade på platina som är både aktiv och stabil. Denna design skapade egenskaper i nickeln som Greeley sa var oväntade men mycket fördelaktiga.

"Reaktionerna ledde till mycket stabila strukturer som vi inte skulle förutsäga genom att bara titta på egenskaperna hos nickel, "Sa Greeley." Det visade sig vara en ganska överraskning. "

Greeleys team och medarbetare som arbetade vid Argonne National Laboratory hade märkt att nickel placerat på ett platinasubstrat visade potential som en elektrokatalysator. Greeleys laboratorium gick sedan till jobbet för att ta reda på hur en elektrokatalysator med denna komposition kan vara både aktiv och stabil.

Greeleys team simulerade olika tjocklekar och diametrar på nickel på platina samt spänningar och pH -nivåer i cellerna. Genom att placera nickel bara ett eller två atomskikt i tjocklek och en till två nanometer i diameter skapades de villkor de ville.

"De är som små öar av nickel som sitter på ett hav av platina, Sa Greeley.

Det ultratunna skiktet av nickel är nyckeln, Greeley sa, eftersom det är vid den punkt där de två metallerna kommer ihop att all elektrokemisk aktivitet sker. Och eftersom det bara finns ett eller två atomlager av nickel, nästan allt reagerar med platina. Det skapar inte bara den katalys som behövs, men byter nickel på ett sätt som hindrar det från att oxidera, ger stabilitet.

Samarbetspartners på Argonne analyserade sedan nickel-platina-strukturen och bekräftade egenskaperna Greeley och hans team förväntade sig att elektrokatalysatorn skulle ha.

Nästa, Greeley planerar att testa liknande strukturer med olika metaller, som att ersätta platina med guld eller nickel med kobolt, samt ändra pH och spänningar. Han tror att andra mer stabila och aktiva kombinationer kan hittas med hjälp av hans beräkningsanalys.

Studien publicerades i Naturenergi .