Een onderzoeksgroep van het Institute for Future Materials and Systems van de Nagoya Universiteit in Japan heeft een nieuwe 'one-pot'-methode ontwikkeld om nanosheets te maken met behulp van minder zeldzame metalen. Hun ontdekking zou het mogelijk moeten maken dat het energieproductieproces milieuvriendelijker wordt. Het tijdschrift ACS Nano publiceerde het onderzoek.

Het produceren van schone energie is belangrijk omdat het de opwarming van de aarde helpt verminderen en bijdraagt ​​aan de opbouw van een koolstofneutrale samenleving. Een potentiële bron van schone energie maakt gebruik van waterstofkatalysatoren, zoals palladium (Pd). Industrieën gebruiken Pd bij elektrolyse om water te scheiden in waterstof en zuurstof. Daarna wordt de waterstof in brandstofcellen gebruikt om elektriciteit op te wekken. Het enige bijproduct is water.

Pd wordt gewoonlijk gebruikt in de vorm van een bolvormig 'nanodeeltje' voor katalysatorgebruik. Een vlakker, dunner oppervlak zou echter minder edelmetalen gebruiken en het beschikbare oppervlak voor de reactie vergroten.

Minoru Osada van de Universiteit van Nagoya en zijn onderzoeksgroep hebben een nieuwe manier ontwikkeld om Pd-nanosheets te maken. Ze noemden het de ‘één-potmethode’ omdat het in één glazen fles gedaan kan worden. De resulterende plaatjes waren zo dun (1~2 nm) dat ze te vergelijken zijn met de grootte van een enkel molecuul of een DNA-streng.

Volgens Osada:“Onze nieuw ontwikkelde methode is een veilig, eenvoudig en energiebesparend proces. Nanosheets kunnen binnen een uur bij een lage temperatuur van 75°C worden gesynthetiseerd, zonder speciaal reactievat. Hoewel de conventionele synthesemethode moeite heeft om nanosheets met een uniforme dikte en grootte synthetiseren, kan onze eenpotmethode dit gemakkelijk doen."

Deze nanosheets bieden grote verbeteringen ten opzichte van bestaande technologie. "Onze 2D-nanosheets hebben 2,8 keer meer oppervlakte dan bolvormige nanodeeltjes vanwege hun velachtige vorm", zegt Osada. "Ze hadden in prestatietests meer dan tweemaal de katalytische activiteit van de huidige generatie waterstofevolutiekatalysatoren."

Omdat waterstofreacties belangrijk zijn voor veel industrieën, belooft dit onderzoek een transformerende impact te hebben. Osada sprak de hoop uit dat de nieuwe Pd-nanosheets niet alleen zouden worden gebruikt in hernieuwbare energie, maar ook in een breed scala van industrieën.

"Tot nu toe worden Pd-nanodeeltjes op grote schaal gebruikt als belangrijke katalysatoren voor verschillende chemische reacties, variërend van gaszuivering tot farmaceutische synthese. Pd-nanosheets kunnen mogelijk conventionele Pd-katalysatoren vervangen en een revolutie teweegbrengen in deze processen."

Meer informatie: Sumiya Ando et al, Gemakkelijke synthese van Pd-nanosheets en implicaties voor superieure katalytische activiteit, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c07861

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door Nagoya Universiteit