Guldpartiklar (färgade i blått) kommer att omge sig med ännu mindre platinapartiklar (färgade i orange), skapa en struktur som kan förvandla ett vanligt konserveringsmedel till elektricitet i en bränslecell, en studie av enligt forskare vid Kinas Harbin Institute of Technology och Pacific Northwest National Laboratory.
(PhysOrg.com) -- Små guldpartiklar kommer att omge sig med ännu mindre platinabitar, skapa en komplex struktur som kan bli ett vanligt konserveringsmedel, myrsyra, till elektricitet i en bränslecell, enligt forskare från Kinas Harbin Institute of Technology och Pacific Northwest National Laboratory. Teamet använde en ny elektrostatisk självmonteringsmetod för att skapa platina-omgivet guld nanomaterial. Denna metod bygger på attraktionen mellan positiva och negativa laddningar för att inspirera nanopartiklar att bilda nya strukturer på egen hand.
"Så vitt vi vet, detta är första gången som denna metod har använts för att skapa sådana katalysatorer, " sa Dr Yuehe Lin, en kemist vid PNNL och en motsvarande författare till tidningen. Detta papper utsågs till ett mycket viktigt papper av Angewandte Chemie International Edition. Mindre än 5 % av tidskriftens manuskript får en sådan positiv rekommendation, och detta var den enda i det aktuella numret.
Att byta ut dagens batterier i bärbara datorer och andra bärbara enheter med flytande bränsledrivna bränsleceller kan lindra konsumenternas frustrationer. Bränslecellerna skulle hålla 2 till 10 gånger så länge som dagens batterier. Ytterligare, den bärbara datorn kan laddas omedelbart, eftersom det är beroende av myrsyra, inte el. Dessutom, denna typ av bränslecell kan användas som en batteri-elektrisk fordons räckviddsförlängare om den monteras i en stapel. Men, sådana bränsleceller måste ha effektiva katalysatorer för att skapa den kraft som behövs. Denna forskning ger grundläggande insikter i att utforma sådana katalysatorer.
Utformningen av denna katalysator började med två lösningar. Den första höll liten, positivt laddade platinasfärer, cirka 2,8 nanometer bred. Den andra lösningen innehöll negativt laddade guldpartiklar, ungefär dubbelt så bred som platina. Forskarna blandade ett överskott av platinalösningen med guldlösningen. Partiklarna bildades till en blomliknande struktur, med platina i mitten omgiven av guldblad. Självmonteringen drevs av attraktionen mellan de positiva och negativa partiklarna och avstötningen mellan nanopartiklar med samma laddning.
Forskare blandade ett överskott av en lösning som innehöll positivt laddade platinasfärer med negativt laddade guldpartiklar. Partiklarna bildades till en blomliknande struktur, med platina i mitten omgiven av guld. Självmonteringen drevs av attraktionen mellan de positiva och negativa partiklarna och avstötningen mellan nanopartiklar med samma laddning.
Efter att ha skapat partiklarna, forskarna undersökte dem med röntgendiffraktion, transmissionselektronmikroskopi, och energidispersiv röntgenspektroskopi. Dessa funktioner hittades alla på EMSL, Miljömolekylärvetenskapliga laboratoriet.
Teamet testade den katalytiska effektiviteten hos de platinaomgivna guldpartiklarna. De applicerade partiklarna på myrsyra. Partiklarna katalyserade avlägsnandet av de två väteatomerna, producerar koldioxid och elektroner för att driva bränslecellerna. Den nya katalysatorn genererade 5,7 gånger strömtätheten för enbart platinananokatalysatorer, en betydande förbättring jämfört med dagens katalysatorer.
Forskarna studerar hur atomerna och elektronerna från katalysatorn och myrsyran interagerar för att förstå varför denna innovativa katalysator är mer aktiv än de förväntade sig.
