(Phys.org) —Grafeen-kwantumstippen, gemaakt aan de Rice University, grijpen grafeenplaatjes vast zoals zeepokken zich hechten aan de romp van een boot. Maar deze stippen versterken de eigenschappen van het moederschip, waardoor ze beter zijn dan platinakatalysatoren voor bepaalde reacties in brandstofcellen.

Het Rice-lab van chemicus James Tour heeft vorig jaar stippen gemaakt die bekend staan ​​als GQD's uit steenkool en heeft deze stippen op nanoschaal nu gecombineerd met microscopisch kleine vellen grafeen, de één-atoom-dikke vorm van koolstof, om een ​​hybride te creëren die de kosten van energieopwekking met brandstofcellen aanzienlijk zou kunnen verlagen.

Het onderzoek is het onderwerp van een nieuw artikel in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Het laboratorium ontdekte dat het koken van een oplossing van GQD's en grafeenoxidevellen (geëxfolieerd van gewoon grafiet) ze combineerde tot zelfassemblerende bloedplaatjes op nanoschaal die vervolgens konden worden behandeld met stikstof en boor. Het hybride materiaal combineerde de voordelen van elke component:een overvloed aan randen waar chemische reacties plaatsvinden en uitstekende geleidbaarheid tussen GQD's door de grafeenbasis. Het boor en de stikstof voegen samen meer katalytisch actieve plaatsen aan het materiaal toe dan elk element afzonderlijk zou toevoegen.

"De GQD's voegen een enorme hoeveelheid edge toe aan het systeem, die de chemie van zuurstofreductie mogelijk maakt, een van de twee benodigde reacties voor gebruik in een brandstofcel, " zei Tour. "Het grafeen levert de vereiste geleidende matrix. Het is dus een uitstekende kruising."

Het materiaal van het Tour-lab presteerde beter dan de commerciële platina/koolstofhybriden die gewoonlijk in brandstofcellen worden aangetroffen. Het materiaal vertoonde een zuurstofreductiereactie van ongeveer 15 millivolt meer in positief beginpotentieel - het begin van de reactie - en een 70 procent grotere stroomdichtheid dan op platina gebaseerde katalysatoren.

De materialen die nodig zijn om de vlokachtige hybriden te maken, zijn veel goedkoper, te, zei toer. "De efficiëntie is beter dan platina in termen van zuurstofreductie, waardoor iemand de meest onbetaalbare hindernis bij het genereren van brandstofcellen kan omzeilen - de kosten van het edelmetaal, " hij zei.