Een langduriger, platinakatalysator met een hoger rendement is ontwikkeld door een door de Dalhousie University geleid team, een resultaat met grote gevolgen voor de auto-industrie.

Platinakatalysatoren helpen bij het deactiveren van giftige uitlaatgassen van traditionele automotoren. Platina wordt ook gebruikt om de chemische reacties te stimuleren die emissievrije waterstofbrandstofcellen mogelijk maken - een technologie die auto's zoals we die kennen, zou kunnen transformeren.

De nieuwe katalysator combineert goud en platina om te vormen wat bekend staat als een katalysator met één atoom, wat resulteert in een bijna 100-voudige verhoging van de efficiëntie ten opzichte van platinakatalysatoren op de markt, zegt Peng Zhang, de Dalhousie-professor die dit onderzoek leidde.

Niet alleen wordt de efficiëntie in het begin verbeterd, maar het wordt gehandhaafd gedurende de levensduur van de katalysator:normaal gesproken een platinakatalysator werkt in de loop van de tijd minder goed omdat koolmonoxidemoleculen zich stevig hechten aan platina en voorkomen dat ze helpen bij het helpen van reacties.

Verbeteringen komen voort uit twee eigenschappen:de structuur met één atoom, die het actieve oppervlak van platina maximaliseert, en de unieke elektronische eigenschappen die het toevoegen van goud om een ​​legering te creëren helpt te bereiken.

"De magie ontstaat door de legering. Denk aan ijzer:het wordt heel gemakkelijk roestig in de lucht, maar als je een ijzerlegering hebt, zoals roestvrij staal, zijn eigenschappen zijn totaal verschillend, " zegt Zhang.

Bijvoorbeeld, het maken van een goud-platinalegering voorkomt dat de platinakatalysator na verloop van tijd efficiëntie en "vergiftiging" verliest. Katalysatorvergiftiging is een van de grootste problemen.

Dit komt omdat als twee platina-atomen naast elkaar staan, dan bindt koolmonoxide van de chemische reactie zich er stevig aan, de katalysator vergiftigen en de efficiëntie ervan geleidelijk verminderen. Wanneer onderzoekers ervoor zorgen dat er geen platinaclusters zijn binnen een groter goudrooster, het vergiftigingseffect verdwijnt.

Het team van Zhang werkte samen met drie Canadese lichtbronfaciliteiten aan de Universiteit van Saskatchewan om hun gelegeerde katalysatoren te begrijpen en te testen, terwijl ze verschillende combinaties en structuren van platina en goud probeerden.

"Synchrotrons zijn een van de krachtigste instrumenten om te bestuderen. Legeringen zijn super moeilijk om te bestuderen met gewoon gereedschap, omdat het moeilijk is om de twee metalen van elkaar te onderscheiden, " zegt Zhang. "Met een synchrotron, je kunt de energie gemakkelijk afstemmen om alleen het platina te nemen, en dan het goud."

Toen de onderzoekers het platinagehalte van hun katalysator verminderden, ze vonden grote verbeteringen in zijn functie, totdat ze uiteindelijk het model met één atoom tegenkwamen dat het oppervlak van platina maximaliseerde en vergiftiging minimaliseerde.

Verder, het team ontdekte dat de eenvoudige chemische techniek die ze gebruikten om de legering te bereiden, resulteerde in een bijna 10 keer hogere totale concentratie van platina-atomen dan typische legeringen. Legeringen bevatten normaal gesproken zeer lage concentraties van enkele atomen, onder de 1%. Het team van Zhang creëerde een legering met 7% enkelvoudige platina-atomen.

Het werk is nog niet gedaan, natuurlijk. Zhang en zijn team bouwden deze eerste legering met goud omdat het zeer stabiel is, wat het ideaal maakt voor het testen van nieuwe ideeën. Maar natuurlijk, zoals platina, goud is erg duur.

“Goud is een eerste stap om het concept te laten zien. We willen nu kijken naar andere, goedkopere metalen, waardoor dit bruikbaarder wordt voor de industrie, " zegt Zhang.