Een RUDN-chemicus heeft een elektrokatalysator gesynthetiseerd op basis van gouden nanodeeltjes met organische liganden die zowel waterstofproductiereacties als zuurstofreductiereacties in brandstofcellen kunnen veroorzaken. De opbrengst aan producten met de nieuwe katalysator was twee keer zo hoog als bij het gebruik van een traditionele op platina gebaseerde katalysator. Het artikel is gepubliceerd in Journal of Materials Chemistry A .

Katalysatoren op basis van metalen nanodeeltjes, bijvoorbeeld, goud of platina, zijn nodig voor reacties in brandstofcellen en bij de industriële productie van waterstof. Als organische moleculen, liganden, zijn gehecht aan nanodeeltjes, de activiteit van de katalysator kan worden verhoogd. Echter, er zijn tot nu toe weinig artikelen verschenen die de mogelijkheden van dergelijke katalysatoren onderzoeken.

Rafael Luque, een RUDN-chemicus, een katalysator gesynthetiseerd op basis van gouden nanodeeltjes gestabiliseerd met citraat, een zout van citroenzuur. Om gouden nanodeeltjes in complex met andere organische stoffen te verkrijgen, een uitwisseling van liganden werd uitgevoerd op basis van een concentratiegradiënt. Voor deze, nanodeeltjes werden geïncubeerd in een oplossing van een nieuw ligand, en vervolgens gecentrifugeerd om gevormde nanodeeltjes met aangehechte liganden neer te slaan.

Tijdens het experiment met zuurstofreductiereacties, de chemici vonden een significant effect van het type ligand en de interactie met het goudoppervlak op de absorptie van O ₂ moleculen. Gouden nanodeeltjes met citraat bleken het beste te zijn in deze reacties. De beperkende stroomdichtheid van dit type katalysator - 5,58 milliampère per vierkante centimeter - was twee keer hoger dan die van nanodeeltjes met andere liganden. Dit betekent dat bij hetzelfde energieverbruik, deze katalysator zal meer zuurstof produceren.

Bij waterstofproductiereacties, de beste katalytische activiteit, evenals bij zuurstofreductiereacties, werd aangetoond door citraat nanodeeltjes. Bovendien, hun efficiëntie was slechts de helft van de efficiëntie van een platinakatalysator, die aanzienlijk hoger is dan de gouden analoog in kosten.

De studie van de structuren toonde aan dat gouden nanodeeltjes met citraat een deel van hun liganden verloren, terwijl nanodeeltjes met cetyltrimethylammoniumbromide (CTAB) en mercaptoundecaanzuur (MUA) vrijwel onveranderd bleven. Dit kan te wijten zijn aan de verschillende sterkte van de bindingen tussen goud en organische liganden. Om de stabiliteit te testen, wat een van de belangrijkste kenmerken van de katalysatoren is, alle monsters werden gedurende 12 uur getest onder een spanning die het optimum aanzienlijk overschreed. Alle nanodeeltjes behielden hun structuur na het testen; Bovendien, gouden nanodeeltjes met citraat verbeterden hun elektrokatalytische eigenschappen. Dit kan erop wijzen dat nieuwe typen katalysatoren effectief zullen werken bij continu bedrijf.

Door de stabiliteit van de nieuwe katalysatoren, deze hebben een interessant potentieel om in de toekomst in de industrie te worden ingezet. De door de chemici ontwikkelde liganduitwisselingsmethode kan worden toegepast bij de synthese van katalysatoren met vooraf bepaalde eigenschappen die geschikt zijn voor hernieuwbare energiebronnen op basis van waterstof.