Rice University forskare kombinerade grafen kvantprickar, grafenoxid, kväve och bor till en katalysator som kan ersätta platina i bränsleceller till en bråkdel av kostnaden. Illustration med tillstånd av Tour Group
(Phys.org) — Kvantprickar av grafen skapade vid Rice University griper tag i grafenplättar som havstulpaner som fäster sig på en båts skrov. Men dessa prickar förbättrar moderskeppets egenskaper, vilket gör dem bättre än platinakatalysatorer för vissa reaktioner inom bränsleceller.
Rice-labbet av kemisten James Tour skapade prickar kända som GQDs från kol förra året och har nu kombinerat dessa nanoskala prickar med mikroskopiska ark av grafen, den enatomtjocka formen av kol, att skapa en hybrid som kraftigt kan sänka kostnaderna för att generera energi med bränsleceller.
Forskningen är föremål för en ny artikel i tidskriften American Chemical Society ACS Nano .
Labben upptäckte att koka ner en lösning av GQDs och grafenoxidark (exfolierade från vanlig grafit) kombinerade dem till självmonterande nanoskala blodplättar som sedan kunde behandlas med kväve och bor. Hybridmaterialet kombinerade fördelarna med varje komponent:ett överflöd av kanter där kemiska reaktioner äger rum och utmärkt konduktivitet mellan GQDs som tillhandahålls av grafenbasen. Boret och kvävet tillför tillsammans fler katalytiskt aktiva ställen till materialet än vad vardera elementet skulle tillföra ensamt.
"GQDs tillför systemet en enorm mängd fördel, som tillåter syrereduktionens kemi, en av de två nödvändiga reaktionerna för drift i en bränslecell, ", sa Tour. "Grafenen ger den ledande matrisen som krävs. Så det är en fantastisk hybridisering."
En elektronmikroskopbild visar flingliknande nanoblodplättar gjorda av grafenkvantprickar från kol och grafenoxidskivor, modifierad med bor och kväve. Nanoblodplättarna har tillräckligt med kant för att göra dem lämpliga som katalysatorer för tillämpningar som bränsleceller. Med tillstånd av Tour Group
Tour-labbets material överträffade kommersiella platina/kolhybrider som vanligtvis finns i bränsleceller. Materialet visade en syrereduktionsreaktion på cirka 15 millivolt mer i positiv startpotential – början av reaktionen – och 70 procent större strömtäthet än platinabaserade katalysatorer.
Materialen som krävs för att göra de flingliknande hybriderna är mycket billigare, för, sa Tour. "Effektiviteten är bättre än platina när det gäller syrereduktion, tillåta en att kringgå det mest oöverkomliga hindret i bränslecellsgenerering – kostnaden för den ädla metallen, " han sa.
