Mer aktiva platser och mer yta på katalysatorer påskyndar den kemiska omvandlingen av syre och väte till vatten och elektroner, generera el. Forskare utarbetade en ny syntesväg för att producera en katalysator som fördubblar omvandlingsfrekvensen jämfört med den bästa tidigare rapporterade katalysatorn. Processen börjar med en kemiskt syntetiserad tunn tråd med en platina (Pt) kärna och en nickeloxid (NiO -skal) (upptill). Teamet värmer upp trådarna för att bilda en platina-nickel nanotråd (NW) (mitten). Teamet behandlar elektrokemiskt tråden för att ta bort nickeln-vilket resulterar i en platina-tråd med en ojämn yta (botten). Upphovsman:Dr. Xiangfeng Duan, University of California, Los Angeles
Bränsleceller producerar elektricitet genom kemiska reaktioner. En nyckelreaktion är att kombinera syre med väte för att göra vatten samtidigt som energi släpps ut i form av elektroner. Hastigheten för denna konvertering är vanligtvis långsam. Det kräver närvaro av en katalysator såsom platina. I denna forskning, ett team utvecklade en urlakningsprocess för att producera ultrafina ojämna platina nanotrådar. Trådarna har extraordinär ytaktivitet och höga ytor. Kombinerad, dessa funktioner levererar en katalysator med en rekordhög konverteringsfrekvens.
Resultaten erbjuder en ny strategi för design av högeffektiva platinabaserade katalysatorer. Sådana katalysatorer kan dramatiskt minska mängden dyr platina som behövs. Dessa katalysatorer kan sänka kostnaden för bränsleceller.
Platina är ett viktigt element för att katalysera syrereduktionsreaktionen som är kritisk för bränslecellsoperationer, en teknik som genererar elektricitet från kemiska reaktioner av väte och syre. Den höga kostnaden för platina är en primär faktor som begränsar antagandet av elproducerande bränsleceller. Ett mått på platinakatalysatorns effektivitet är massaktiviteten - den katalytiska aktiviteten dividerat med platinas vikt. Högre massaktiviteter måste uppnås för att minska den erforderliga platinaanvändningen och lägre bränslecellkostnader. Förbättring av platina massaktivitet kräver optimering av både den specifika aktiviteten och den elektrokemiskt aktiva ytan av katalysatorn.
Forskare vid University of California, Los Angeles, fann att de kunde konvertera nanotrådar med en platinakärna och ett nickeloxidskal, tillverkad med lösningssyntes tekniker, i nanotrådar av platina-nickellegering genom en termisk glödgningsprocess. Teamet kunde sedan förvandla trådarna till ojämna platina nanotrådar via elektrokemisk dealloying eller urlakning. De ojämna nanotrådarna uppvisar en massaktivitet på 13,6 ampere per milligram platina, vilket är nästan det dubbla av de bästa tidigare rapporterade värdena. Reaktiva molekylära dynamiksimuleringar (en typ av datormodellering av materialet) tyder på att de mycket stressade, underkoordinerade ytstrukturer förbättrar den önskade reaktionen mer än de avslappnade ytorna hos andra platinakatalysatorstrukturer.
