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Bestellter Nanoparticles Demonstrieren Höhere und Stabilere Katalytische Aktivität

Published on November 1, 2012 at 8:21 AM

Brennstoffzellen, die Kraftstoff direkt in Strom konvertieren, ohne ihn zu brennen, versprechen einer weniger verunreinigten Zukunft, wohin Autos auf reinem Wasserstoff und Abgas nichts aber Wasserdampf ausgeführt werden. Aber die Katalysatoren, die sie arbeiten lassen, sind noch „träge“ und falscher, teuer.

Elektronenmikroskopbild eines Platinkobalt Legierung Nanoparticle, die Anordnung für die Metallatome in ein bestelltes Gitter zeigend. Ein Teilchen lappt sich das große an der Unterseite über. Gelbe Pfeile zeigen die drei Schichten von Platinatomen auf der Oberfläche an.

Ein Forschungsteam in der Cornell-Energie-Material-Mitte hat einen wichtigen Schritt nach vorn mit einem chemischen Prozess unternommen, der Platinkobalt nanoparticles mit einem Platin angereicherten Shell erstellt, die verbesserte katalytische Aktivität zeigen. „Diese konnte eine wirkliche beträchtliche Verbesserung sein. Sie erhöht die Katalyse und verringerte die Kosten durch einen Faktor von fünf,“ sagte Héctor Abruña, E.M. Chamot Professor von Chemie und von Chemikalien-Biologie, älterer Autor eines Papiers, welches die Arbeit im Punkt Am 28. Oktober der Zapfen Natur-Materialien beschreibt. Mitverfasser enthalten Francis DiSalvo, der Professor John-Newman von Chemie und Chemikalien-Biologie und David Muller, Professor der angewandter und Technikphysik und Co-Direktor des Kavli-Instituts in Cornell für Nanoscale-Wissenschaft.

In einer Wasserstoffbrennstoffzelle bricht ein Katalysator bei einer Elektrode Wasserstoffatome in ihre Teilprotone und in Elektronen. Die Elektronen bewegen sich durch eine externe Schaltung, um einen elektrischen Strom zur anderen Elektrode zu erstellen, in der ein zweiter Katalysator die ankommenden Elektronen, die freien Protone und den Sauerstoff kombiniert, um Wasser zu bilden. In den aktuellen Handelsbrennstoffzellen ist dieser Katalysator reines Platin, das knapp und teuer ist. Forscher haben versucht, Platinlegierungen mit verschiedenen Graden Erfolg zu ersetzen. Vorher erstellte das Cornell-Forschungsteam nanoparticles einer Palladiumkobalt Legierung, die mit einer Dünnschicht des Platins beschichtet wurde, die wie reines Platin an preiswerterem arbeitete. Formung des Katalysators als nanoparticles -- gewöhnlich ungefähr 5 nm im Durchmesser und auf eine Kohlenstoffhalterung verteilt -- stellt mehr Fläche zur Verfügung, um mit dem Kraftstoff zu reagieren.

Computersimulationen der katalytischen Reaktion sagten voraus, dass es eine Zunahme der katalytischen Aktivität geben sollte, wenn die Platinatome ein Bit zusammen oder „ein belastet gedrückt werden,“ während Abruña es beschreibt. Feinkostgeschäft Wang, ein Habilitationsforscher in Abruñas Gruppe, plante einen neuen chemischen Prozess, um nanoparticles einer Platinkobalt Legierung herzustellen, die einen Schritt des Ausglühens (Heizung) umfaßte, in dem die nach dem Zufall verteilten Atome in der Legierung eine geordnete Kristallstruktur bilden. Eher als gerade zusammen durcheinander bringend, ordnen sich die Metallatome in einem geordneten Gitter an. Die Platinatome, die auf diese Partikel überlagert werden, richten mit dem Gitter aus und werden näher zusammen gedrückt, als sie im reinen Platin sein würden, wenn die resultierende „Spannung“ die katalytische Aktivität erhöht. Huolin Xin, ein Student im Aufbaustudium in Mullers Gruppe, verwendete ein Scannentunnelbau-Elektronenmikroskop, um die Zelle zu bestätigen.

In den Vorversuchen die neuen nanoparticles bis gezeigte ungefähr drei und Halbzeiten höhere katalytische Aktivität (gemessen durch Stromstärke) als ähnliche Partikel mit einen zerrütteten Kern und mehr als 12mal mehr als reines Platin. Die neuen Katalysatoren sind auch dauerhafter. Brennstoffzellekatalysatoren verlieren ihre Wirksamkeit, während Platinatome weg oxidiert werden, oder während nanoparticles zusammen aufhäufen und verscheiden die Fläche, die sie anbieten können, um mit Kraftstoff zu reagieren. Nach 5.000 Ein-Ausschleifen einer Prüfungszelle, blieb katalytische Aktivität der bestellten nanoparticles stetig, während die von ähnlichen Kobaltplatin nanoparticles mit einem zerrütteten Kern schnell herunterfiel. Die bestellte Zelle ist stabiler, sagte Abruña. Die Platinhaut wird stärker zum bestellten Kern als zur zerrütteten Legierung geklebt, also würde es weniger wahrscheinlich sein, mit dem Platin auf anderen nanoparticles zu fixieren, um die Aufhäufung zu verursachen. „Wir haben nicht über 5.000 Schleifen hinausgegangen, aber die Ergebnisse bis zu diesem Punktblick sehr, sehr gut,“ sagte er.

Die Energie-Materialien Zentrieren in Cornell ist ein Energie-Grenzforschungszentrum, das vom US-Energieministerium finanziert wird.

Quelle: http://www.cornell.edu

Last Update: 1. November 2012 09:45

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