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Nanoparticles Commandé Expliquent une Activité Catalytique Plus Élevée et Plus Régulière

Published on November 1, 2012 at 8:21 AM

Les cellules à Combustible, qui convertissent l'essence directement en électricité sans la brûler, promettent à un contrat à terme moins pollué où les véhicules roulent sur l'hydrogène et l'échappement purs rien mais vapeur d'eau. Mais les catalyseurs qui les font fonctionner sont toujours « lents » et plus mauvais, cher.

Image de Microscope électronique d'un nanoparticle d'alliage de platine-cobalt, affichant l'arrangement des atomes en métal dans un réseau commandé. Une plus petite particule superpose le grand au bas. Les flèches Jaunes indiquent les trois couches d'atomes de platine sur la surface.

Une équipe de recherche au Centre de Matériaux d'Énergie de Cornell a fait une étape importante vers l'avant avec un procédé chimique qui produit les nanoparticles de platine-cobalt avec une shell enrichie par platine qui affichent l'activité catalytique améliorée. « Ceci a pu être une importante amélioration réelle. Elle augmente la catalyse et a réduit le coût par un facteur de cinq, » a dit Héctor Abruña, E.M. Chamot Professeur de la Chimie et de la Biologie de Produit chimique, auteur supérieur d'un article décrivant le travail dans la question du 28 octobre des Matériaux de Nature de tourillon. Les Co-auteurs incluent Francis DiSalvo, Professeur de John Newman de Biologie de Chimie et de Produit chimique, et David Muller, professeur de la physique appliquée et de bureau d'études et de codirecteur de l'Institut de Kavli chez Cornell pour la Science de Nanoscale.

Dans une cellule à combustible d'hydrogène, un catalyseur à une électrode divise des atomes d'hydrogène en leurs protons et électrons constitutifs. Les électrons se déplacent par un circuit externe pour produire un courant électrique à l'autre électrode, où un deuxième catalyseur combine les électrons entrants, les protons libres et l'oxygène pour former l'eau. En cellules à combustible commerciales actuelles, ce catalyseur est un platine pur, qui est rare et cher. Les Chercheurs ont essayé de substituer des alliages de platine avec des divers niveaux de réussite. Précédemment, l'équipe de recherche de Cornell a produit des nanoparticles d'un alliage de palladium-cobalt enduit d'une couche mince de platine qui a fonctionné comme le platine pur à plus peu coûteux. Formation du catalyseur comme nanoparticles -- en général environ 5 nanomètres de diamètre et distribués sur un support de carbone -- fournit plus de surface pour réagir avec l'essence.

Les simulations Sur Ordinateur de la réaction catalytique ont prévu qu'il devrait y a une augmentation d'activité catalytique si les atomes de platine sont poussés un bit ensemble ou « tendus, » pendant qu'Abruña le décrit. L'Épicerie Wang, un chercheur post-doctoral dans le groupe d'Abruña, a conçu un procédé chimique neuf pour fabriquer des nanoparticles d'un alliage de platine-cobalt qui a compris une phase d'adoucissement (chauffage), où les atomes irrégulier distribués dans l'alliage forment une structure cristalline ordonnée. Plutôt que juste étant brouillé ensemble, les atomes en métal s'arrangent dans un réseau ordonné. Les atomes de Platine posés sur ces particules alignent avec le réseau et sont poussés plus étroitement ensemble qu'ils seraient dans le platine pur, avec la « tension » donnante droit augmentant l'activité catalytique. Huolin Xin, un étudiant de troisième cycle dans le groupe de Muller, a utilisé un microscope électronique de perçage d'un tunnel de lecture pour confirmer la structure.

Dans les tests préliminaires les nanoparticles neufs environ à trois affichés et demi périodes une activité catalytique plus élevée (mesurée par flux actuel) que les particules assimilées avec un noyau désordonné, et plus de 12 fois plus platine que pur. Les catalyseurs neufs sont également plus durables. Les catalyseurs de cellule à Combustible détruisent leur efficacité pendant que des atomes de platine sont oxydés loin ou pendant que les nanoparticles groupent en masse compacte ensemble, décédant la surface qu'ils peuvent offrir pour réagir avec l'essence. Après 5.000 cycles marche-arrêt d'une cellule de test, l'activité catalytique des nanoparticles commandés est demeurée régulière, alors que cela des nanoparticles assimilés de cobalt-platine avec un noyau désordonné tombait rapidement. La structure commandée est plus stable, Abruña a dit. La peau de platine peut être collée plus fortement sur le noyau commandé qu'à l'alliage désordonné, ainsi il serait moins pour fixer avec le platine sur d'autres nanoparticles pour entraîner le groupement. « Nous ne sommes pas allés au delà de 5.000 cycles mais les résultats jusqu'à ce regard de remarque très, très bon, » il a dit.

Les Matériaux d'Énergie Centrent chez Cornell est un Centre de Recherche de Frontière d'Énergie financé par le Département de l'Énergie des États-Unis.

Source : http://www.cornell.edu

Last Update: 1. November 2012 09:45

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