Onderzoek tussen de Universiteit van Liverpool en de Universiteit van Alicante, Spanje, heeft de oppervlaktesoorten geïdentificeerd met een laag potentieel op de toonaangevende brandstofcelkatalysator, platina (Pt), wat belangrijk is voor de ontwikkeling van waterstofbrandstofceltechnologie.

In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications , onderzochten onderzoekers van het Stephenson Institute for Renewable Energy (SIRE) van de Universiteit van Liverpool de adsorptie van OH-soorten (hydroxylanion) op laag gecoördineerde Pt-atomen met behulp van een zeer gevoelige spectroscopische techniek die bekend staat als SHINERS (Shell Isolated Nanoparticles for Enhanced Raman Spectroscopy). Met behulp van de SHINERS-methoden hebben ze aangetoond dat OH wordt geadsorbeerd met meer negatieve potentialen dan eerder werd gedacht.

Waterstof (H₂ ) brandstofcellen zijn in opkomst als de volgende revolutie in transport. In deze apparaten reageert de energie die is opgeslagen in waterstof met zuurstof uit de lucht om elektriciteit te produceren die het elektrische voertuig aandrijft. Waterstofbrandstofcellen gebruiken platina om de reacties erin te katalyseren:de zuurstofreductiereactie en de waterstofoxidatiereactie.

Hoewel er al auto's, bussen en vrachtwagens op brandstofcellen op de markt zijn, is de hoge kostprijs van platina een van de belangrijkste nadelen van deze technologie. Het verminderen van de hoeveelheid platina die nodig is voor de cellen, of zelfs vervangen door een goedkopere en efficiëntere katalysator, vereist een diep begrip, op moleculair niveau, van hoe de reacties in de brandstofcellen op het oppervlak van platina.

Tot nu toe werd aangenomen dat het oppervlak van platina "schoon" was van andere soorten bij de potentialen waarop de reacties plaatsvinden. Deze studie heeft echter aangetoond dat hydroxylanionen worden geadsorbeerd aan het oppervlak van platina bij zeer lage potentialen, wat een aanzienlijke invloed heeft op het begrip van hoe de zuurstofreductiereactie plaatsvindt en op het zoeken naar efficiëntere katalysatoren voor deze reactie.

Om deze resultaten te verkrijgen, gebruikten ze een combinatie van elektrochemische technieken om onderscheid te maken tussen de verschillende processen die aan het oppervlak plaatsvinden en Raman-spectroscopie, met behulp van zeer recente ontwikkelingen die de detectie, voor de eerste keer, van het geadsorbeerde hydroxylanion mogelijk hebben gemaakt.

Julia Fernández Vidal, een Ph.D. student met SIRE, leidde de geavanceerde Raman-metingen. Ze zei:"Door systematische elektrochemische en spectroscopie-onderzoeken hebben we het spectrale signaal voor OH-adsorptie waargenomen. De SHINERS-methode is een zeer krachtige techniek omdat het de detectie van de moleculaire monolaag op het elektrodeoppervlak mogelijk maakt, en dat we dit experimenteel kunnen waarnemen is vrij opmerkelijk en heel spannend."

Het artikel, "Onderzoek naar de aanwezigheid van geadsorbeerde soorten op Pt-stappen bij lage potentiëlen", is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Nieuwe mechanismen voor verbetering van de activiteit van bimetaalkatalysatoren voor waterstofopwekking en brandstofcellen