science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Tegenpolen trekken elektrokatalysator aan en inspireren

Gouddeeltjes (blauw gekleurd) zullen zich omringen met nog kleinere platinadeeltjes (oranje gekleurd), het creëren van een structuur die een gewoon conserveermiddel kan omzetten in elektriciteit in een brandstofcel, een onderzoek van volgens wetenschappers van het Chinese Harbin Institute of Technology en het Pacific Northwest National Laboratory.

(PhysOrg.com) -- Kleine gouddeeltjes zullen zich omringen met nog kleinere platina stukjes, het creëren van een complexe structuur die een gemeenschappelijk conserveermiddel zou kunnen worden, mierenzuur, omgezet in elektriciteit in een brandstofcel, volgens wetenschappers van het Chinese Harbin Institute of Technology en het Pacific Northwest National Laboratory. Het team gebruikte een nieuwe elektrostatische zelfassemblagemethode om met platina omgeven gouden nanomateriaal te maken. Deze methode is gebaseerd op de aantrekkingskracht tussen positieve en negatieve ladingen om nanodeeltjes te inspireren om zelf nieuwe structuren te vormen.

"Voor zover we weten, dit is de eerste keer dat deze methode is gebruikt om dergelijke katalysatoren te maken, " zei Dr. Yuehe Lin, een chemicus bij PNNL en een co-corresponderende auteur van het papier. Dit papier werd door Angewandte Chemie International Edition een Very Important Paper genoemd. Minder dan 5% van de manuscripten van het tijdschrift krijgt zo'n positief advies, en dit was de enige in het huidige nummer.

Het vervangen van de huidige batterijen in laptops en andere draagbare apparaten door brandstofcellen op vloeibare brandstof zou de frustraties van de consument kunnen verminderen. De brandstofcellen zouden 2 tot 10 keer zo lang meegaan als de huidige batterijen. Verder, de laptopcomputer kon direct worden opgeladen, omdat het afhankelijk is van mierenzuur, niet elektriciteit. In aanvulling, dit soort brandstofcel kan worden gebruikt als een batterij-elektrisch voertuigbereikvergroter als het in een stapel wordt gemonteerd. Maar, dergelijke brandstofcellen moeten efficiënte katalysatoren hebben om het benodigde vermogen te creëren. Dit onderzoek geeft fundamentele inzichten in het ontwerpen van dergelijke katalysatoren.

Het ontwerpen van deze katalysator begon met twee oplossingen. De eerste hield klein, positief geladen platinabolletjes, ongeveer 2,8 nanometer breed. De tweede oplossing bevatte negatief geladen gouddeeltjes, ongeveer twee keer zo breed als platina. De wetenschappers vermengden een overmaat van de platinaoplossing met de goudoplossing. De deeltjes vormden een bloemachtige structuur, met het platina in het midden omringd door gouden bloemblaadjes. De zelfassemblage werd aangedreven door de aantrekkingskracht tussen de positieve en negatieve deeltjes en de afstoting tussen nanodeeltjes met dezelfde lading.

Wetenschappers vermengden een overmaat van een oplossing met positief geladen platinabolletjes met negatief geladen gouddeeltjes. De deeltjes vormden een bloemachtige structuur, met het platina in het midden omgeven door goud. De zelfassemblage werd aangedreven door de aantrekkingskracht tussen de positieve en negatieve deeltjes en de afstoting tussen nanodeeltjes met dezelfde lading.

Na het maken van de deeltjes, de onderzoekers onderzochten ze met behulp van röntgendiffractie, transmissie elektronenmicroscopie, en energie-dispersieve röntgenspectroscopie. Deze mogelijkheden werden allemaal gevonden bij EMSL, Laboratorium voor milieu-moleculaire wetenschappen.

Het team testte de katalytische efficiëntie van de platina-omringde gouddeeltjes. Ze brachten de deeltjes aan op mierenzuur. De deeltjes katalyseerden de verwijdering van de twee waterstofatomen, waarbij koolstofdioxide en elektronen worden geproduceerd om de brandstofcellen aan te drijven. De nieuwe katalysator genereerde 5,7 keer de huidige dichtheid van alleen platina-nanokatalysatoren, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de huidige katalysatoren.

De wetenschappers bestuderen hoe de atomen en elektronen van de katalysator en mierenzuur op elkaar inwerken om te begrijpen waarom deze innovatieve katalysator actiever is dan ze hadden verwacht.