Een onderzoeksteam van de Northwestern University heeft een nieuwe methode ontwikkeld om zeer wenselijke katalysatoren te maken van metalen nanodeeltjes die kunnen leiden tot betere brandstofcellen, onder andere toepassingen. De onderzoekers ontdekten ook dat de methode gebruikte katalysatoren kan nemen en recyclen tot actieve katalysatoren.

voornamelijk gemaakt van edele metalen, deze felbegeerde katalysatoren hebben de vorm van edelstenen. Elk deeltje heeft 24 verschillende gezichten die atomen aan het oppervlak presenteren op een manier die ze katalytisch actiever maakt dan die welke in de handel verkrijgbaar zijn.

De methodologie neemt basismetaalprecursoren, en, gebruik van warmte en stabiliserende sporenelementen, transformeert hun vorm snel in structuren die katalytisch zeer actief zijn. Commerciële producten zoals brandstofcellen, belangrijke bronnen van schone energie, zijn afhankelijk van dergelijke katalysatoren.

De methode is algemeen; de studie laat zien dat het werkt met vijf monometallische nanodeeltjes en een bibliotheek van bimetalen nanodeeltjes, verspreid over zeven verschillende metalen, inclusief platina, kobalt en nikkel.

"Veel van deze edele metalen zijn verantwoordelijk voor het katalyseren van enkele van de belangrijkste chemische transformaties die worden gebruikt in de chemische, olie- en brandstofcelindustrieën, " zei Chad A. Mirkin, de George B. Rathmann hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences, die het onderzoek leidde.

"We kunnen niet alleen commercieel wenselijke katalysatoren maken, maar we kunnen gebruikte brandstofcelkatalysatoren recyclen tot de meest actieve vormen. Katalysatoren worden in de loop van de tijd langzaam afgebroken en veranderen, dus het feit dat we deze katalysatoren, gemaakt van dure materialen, kunnen terugwinnen en reactiveren, is buitengewoon waardevol, ' zei Mirkin.

De studie, die zowel simulaties als experimenten omvat, wordt op 13 september gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

De nieuwe katalysatoren worden high-index facet-nanodeeltjeskatalysatoren genoemd - een optimale vorm voor het versnellen van chemische reacties. Het team van Mirkin ontdekte dat hun platinakatalysatoren 20 keer sneller waren dan de commerciële lage-indexvorm voor de elektro-oxidatiereactie van mierenzuur (op basis van het platinagehalte).

"Platinum in de facetvorm met hoge index is anders en beter dan in andere nanodeeltjesvormen, " zei Chris Wolverton, een co-auteur van de studie en de Jerome B. Cohen hoogleraar Materials Science and Engineering aan de McCormick School of Engineering van Northwestern.

"Het draait allemaal om chemie, " voegde Mirkin toe, die ook directeur is van Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

Het multidisciplinaire team van Mirkin omvat ook Vinayak Dravid, de Abraham Harris hoogleraar Materials Science and Engineering, bij McCormick.

Katalyse draagt ​​bij aan meer dan 35% van het bruto binnenlands product van de wereld, volgens de American Chemistry Council. De nieuwe katalysatoren kunnen in massa worden gemaakt en zonder het gebruik van liganden, die de katalytische activiteit in gevaar kunnen brengen. Het proces waarmee zowel nieuwe katalysatoren kunnen worden gemaakt als gebruikte katalysatoren kunnen worden gerecycled, is snel en schaalbaar.

Mirkin zei dat de technologie misschien niet ver verwijderd is van commercieel gebruik. "Dit type technologie is klaar om te worden opgeschaald en op grote schaal te worden gebruikt in de katalysegemeenschap, " hij zei.

De Wetenschap paper is getiteld "Hoge index facet nanoparticle-shape regelgeving door dealloying." De eerste auteur is Liliang Huang, een afgestudeerde student in het lab van Mirkin.