En ny metod för att öka reaktiviteten hos ultratunna nanoark, bara några atomer tjocka, kan någon dag göra bränsleceller för vätgasbilar billigare, hittar en ny Johns Hopkins-studie.

En rapport om fynden, publiceras 22 februari in Vetenskap , erbjuder löfte om snabbare, billigare produktion av el med bränsleceller, men också av bulkemikalier och material som väte.

"Varje material upplever ytspänning på grund av nedbrytningen av materialets kristallsymmetri på atomnivå. Vi upptäckte ett sätt att göra dessa kristaller ultratunna, därigenom minskar avståndet mellan atomer och ökar materialets reaktivitet, säger Chao Wang, en biträdande professor i kemi- och biomolekylär teknik vid Johns Hopkins University, och en av studiens motsvarande författare.

Stam är, kortfattat, deformationen av något material. Till exempel, när ett papper böjs, den störs effektivt i det minsta, atomär nivå; de invecklade gallren som håller ihop papperet förändras för alltid.

I den här studien, Wang och kollegor manipulerade stameffekten, eller avstånd mellan atomer, vilket gör att materialet förändras dramatiskt. Genom att göra dessa galler otroligt tunna, ungefär en miljon gånger tunnare än ett hårstrå, materialet blir mycket lättare att manipulera precis som hur ett papper är lättare att böja än en tjockare pappersbunt.

"Vi använder i huvudsak kraft för att justera egenskaperna hos tunna metallplåtar som utgör elektrokatalysatorer, som är en del av bränslecellernas elektroder, " säger Jeffrey Greeley, professor i kemiteknik vid Purdue och ytterligare en av tidningens motsvarande författare. "Det slutliga målet är att testa den här metoden på en mängd olika metaller."

"Genom att justera materialens tunnhet, vi kunde skapa mer påfrestning, som förändrar materialets egenskaper, inklusive hur molekyler hålls samman. Detta innebär att du har större frihet att accelerera den reaktion du vill ha på materialets yta, " förklarar Wang.

Ett exempel på hur optimerande reaktioner kan vara användbara vid tillämpning är att öka aktiviteten hos katalysatorer som används för bränslecellsbilar. Medan bränsleceller representerar en lovande teknik mot utsläppsfria elfordon, utmaningen ligger i kostnaden förknippade med ädelmetallkatalysatorer som platina och palladium, begränsa dess livskraft till de allra flesta konsumenter. En mer aktiv katalysator för bränslecellerna kan sänka kostnaderna och bana väg för en bred användning av grönt, förnybar energi.

Wang och kollegor uppskattar att deras nya metod kan öka katalysatoraktiviteten med 10 till 20 gånger, använder 90 procent mindre ädelmetaller än vad som för närvarande krävs för att driva en bränslecell.

"Vi hoppas att våra resultat en dag kan hjälpa till att producera billigare, effektivare bränsleceller för att göra miljövänliga bilar mer tillgängliga för alla, säger Wang.