Neues Graphene-Kobalt Material Hält Potenzial an, Platin in den Brennstoffzellen Auszutauschen

Published on October 18, 2012 at 8:54 AM

es gibt einen neuen Kämpfer im Laufring, zum einer kostengünstigen Alternative zu den Platinkatalysatoren für Gebrauch in den Wasserstoffbrennstoffzellen zu finden.

Nanoparticles der Kobaltbefestigungs selbst zu einer graphene Substratfläche in einem einlagigen. Als Katalysator war die Kobalt-graphene Kombination ein wenig langsameres, die gehende Sauerstoffreduzierungsreaktion erhalten, aber sie verringerte Sauerstoff schneller und dauerte länger als Platin-basierte Katalysatoren. (Kredit: Sun Labor/Brown University)

Brown University-Chemiker Shouheng Sun und seine Studenten haben ein neues Material entwickelt - ein graphene Blatt abgedeckt durch Kobalt und Kobaltoxid nanoparticles - die die Sauerstoffreduzierungsreaktion fast katalysieren können sowie Platin im Wesentlichen dauerhafter tut und ist.

Das neue Material „hat die beste Reduzierungsleistung jedes möglichen nonplatinum Katalysators,“ sagte Shaojun Guo, Habilitationsforscher in Suns Labor und führenden Autor eines Papiers, das online in der International-Ausgabe Zapfen Angewandte Chemie veröffentlicht wurde.

Die Sauerstoffreduzierungsreaktion tritt auf der Kathodenseite einer Wasserstoffbrennstoffzelle auf. Sauerstoff arbeitet als Elektronwanne, entfernt Elektronen vom Wasserstoffkraftstoff an der Anode und erstellt den elektrischen Zug, der den aktuellen Betrieb durch die elektrischen Einheiten hält, die durch die Zelle angeschaltet werden. „Die Reaktion benötigt einen Katalysator, und Platin ist aktuell das beste,“ sagte Sun. „Aber er ist sehr teuer und hat ein sehr begrenztes Zubehör, und deshalb sehen Sie viel Brennstoffzellegebrauch nicht neben einigen speziellen Zwecken.“

Bis jetzt sind Wissenschaftler nicht imstande gewesen, eine durchführbare Alternative zu entwickeln. Einige Forscher, einschließlich Sun und Guo, haben neue Katalysatoren entwickelt, die die Menge des Platins benötigt verringern, aber ein effektiver Katalysator, der verwendet, kein Platin an allem bleibt ausweichend.

Dieses neue Graphenekobalt Material ist der viel versprechendste Kandidat schon, sagen die Forscher. Es ist der erste Katalysator, der nicht von einem Edelmetall gemacht wird, das nah an den Eigenschaften des übereinstimmenden Platins kommt.

Die Laborversuche, die von Sun und von seinem Team durchgeführt wurden, zeigten, dass das neue Graphenekobalt Material ein wenig war, das langsamer als Platin ist, wenn es die Sauerstoffreduzierungsreaktion begonnen erhielt, aber, sobald die Reaktion ging, verringerte das neue Material wirklich Sauerstoff an einem schnelleren Schritt als Platin. Der neue Katalysator auch gewesen stabiler, langsam vermindernd viel als Platin im Laufe der Zeit. Nach ungefähr 17 Stunden Prüfung, führte der Graphenekobalt Katalysator um ungefähr 70 Prozent seiner Anfangskapazität durch. Der Platinkatalysator, den das geprüfte Team an weniger als 60 Prozent nach der selben Menge von Zeit durchführte.

Kobalt ist ein reichliches Metall, das an einem Bruch leicht verfügbar ist, welches Platins kostet. Graphene ist ein-Atom-starkes Blatt von den Kohlenstoffatomen, die in einer Bienenwabenzelle angeordnet werden. Sich Entwickelt in den letzten Jahren, ist graphene für seine Stärke, elektrischen Eigenschaften und katalytisches Potenzial bekannt.

Selbstbauprozeß

Häufig werden graphene Nanoparticlematerialien durch wachsende nanoparticles direkt auf der graphene Oberfläche gemacht. Aber dieser Prozess ist für die Herstellung eines Katalysators problematisch, sagte Sun. „Es ist wirklich schwierig, die Größe, Form zu steuern, und Zusammensetzung von nanoparticles,“ sagte er.

Sun und sein Team wendeten eine Selbstbaumethode an, die ihnen mehr Regelung über den Materialeigenschaften gab. Zuerst zerstreuten sie Kobalt nanoparticles und graphene in den unterschiedlichen Lösungen. Die zwei Lösungen wurden dann kombiniert und zerstoßen mit Schallwellen, um sich mischten sie zu vergewissern gänzlich. Das veranlaßte die nanoparticles, zum graphene in einem einlagigen gleichmäßig zu befestigen, das das Potenzial jedes Partikels maximiert, in die Reaktion mit einbezogen zu werden. Das Material wurde dann von der Lösung unter Verwendung einer Zentrifuge ausgezogen und getrocknet. Wenn sie Luft freigelegt werden, werden die äußeren Schichten Atomkobalt auf jedem Nanoparticle oxidiert und bilden ein Shell des Kobaltoxids, dem Hilfen den Kobaltkern schützen.

Die Forscher konnten die Stärke des Kobaltoxid Shells steuern, indem sie das Material bei 70 Grad Celsius für unterschiedliche Dauer heizten. Das Heizen es erhöhte länger die Stärke des Shells. Auf diese Weise, konnten sie die Zelle auf der Suche nach einer Kombination einstellen, die Spitzenleistung gibt. In diesem Fall fanden sie, dass ein 1 nmshell des Kobaltoxids katalytische Eigenschaften optimierte.

Sun und sein Team sind optimistisch, dass mit mehr Studie ihr Material ein Tag ein geeigneter Austausch für Platinkatalysatoren sein könnte. „Im Augenblick, ist es mit Platin in einem alkalischen Milieu vergleichbar,“ sagte Sun, „aber es ist nicht zum Gebrauch noch betriebsbereit. Wir müssen noch mehr Prüfungen durchführen.“

Sagt Sun, einen geeigneten nonplatinum Katalysator Schließlich zu finden ist die Taste zum Kommen von Brennstoffzellen aus der Laborphase heraus und in Produktion als Stromversorgung für Autos und andere Einheiten.

Quelle: http://www.brown.edu

Last Update: 18. October 2012 09:45

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