Visitors hit counter, stats, email report, location on a map, SEO for Joomla, Wordpress, Drupal, Magento and Prestashop

Svet mehatronike

Katalizator iz platine in grafena v gorivnih celicah bolj stabilen od čiste platine

logo

V gorivnih celicah bi lahko le dva atoma debela prevleka platine, ki jo podpira grafen, omogočila do sedaj nemogoče katalitične lastnosti in podaljšala življenjsko dobo katalizatorja. Tako pravi študija, ki so jo pred kratkim objavili raziskovalci z inštituta za tehnologijo v Georgii.

Platina je med najpogosteje uporabljenimi katalizatorji za gorivne celice, saj omogoča zelo učinkovito oksidacijsko redukcijsko reakcijo, ki je kemični proces, na katerem gorivne celice temeljijo. Zaradi redkosti in posledične visoke cene platine pa raziskovalci za nižjo ceno gorivnih celic že nekaj časa poskušajo zmanjšati potrebno količino platine za uspešno katalizo. Skupne cene gorivne celice pa ne določa le cena izdelave, temveč tudi življenjska doba. Tako je treba poleg nižje cene poskrbeti, da življenjska doba gorivne celice ostane enaka.

Raziskovalci po svetu že nekaj časa iščejo alternativne materiale, ki bi bili cenejši, a nobeden ne združuje katalitične učinkovitosti in vzdržljivosti platine za enako ali nižjo ceno.

Raziskovalci z univerze v Georgii pa so ubrali drug pristop. Ustvarili so več sistemov, ki so zgrajeni iz atomsko tankih plasti platine na podlagi iz grafena, in tako zagotovili maksimalno reakcijsko površino z uporabo zelo majhne količine drage platine. Večina dosedanjih katalitičnih sistemov uporablja nanodelce katalizatorja, kemično združene s podporno strukturo iz cenejšega materiala. To je zelo neučinkovita izraba platine, saj pri oksidaciji sodelujejo le atomi plašča nanodelca, tisti v jedru pa so neaktivni.

Raziskovalci so še prikazali, da je energija disociacije dveh atomov debelega nanosa platine večja od tiste pri nanodelcih. Energija disociacije je energija, ki je potrebna za izbitje atoma iz atomske mreže in nam v kontekstu gorivnih celic pove, da bodo imele gorivne celice z dvoatomskim nanosom daljšo življenjsko dobo kot tiste z nanodelci.

Za izdelavo tako tankega nanosa platine so raziskovalci uporabili tehniko, imenovano elektrokemična depozicija atomskih plasti. Tako je bila na plast grafena v vsakem ciklu dodana ena atomska plast platine. Ustvarili so več vzorcev z različno količino nanosov in jih med seboj primerjali v prej naštetih za katalizo pomembnih lastnostih. Raziskovalce je zanimalo, če lahko kovalentna vez med platino in grafenom izboljša lastnosti platine glede na oblike, ki so prisotne v trenutnih katalizatorjih. Ugotovili so, da ima dva nanosa debela plast najboljše strukturne in kemične lastnosti.

Raziskovalci so odkrili, da se vezi med grafenom in platino ter vezi med samimi atomi platine zelo dobro dopolnjujejo in ojačajo strukturno stabilnost platine, ki je debela le dva atoma. Sicer se zaradi sil med svojimi vezmi tanki nanosi kovine ponavadi nagubajo in tvorijo debelejši delec. Tu je ključen grafen, saj je izjemno stabilna ploščata mreža, ki zahvaljujoč svojim kovalentnim vezem že pri debelini enega atoma nudi veliko boljšo stabilnost kot drugi materiali na tej skali. Prav zato je bil grafen izbran kot osnova za tako tanko plast platine.

Raziskovalci bodo razvoj tega materiala nadaljevali in preverjali lastnosti tankih nanosov katalizatorja na grafenu. Tekom raziskave so ugotovili tudi, da se kataliza izvaja s podobno učinkovitostjo ne glede na to, katera površina (grafen ali platina) je izpostavljena reakciji.

Raziskave bodo zato potekale tudi v smeri odkrivanja morebitnih prednosti obrnjene površine katalizatorja, saj se v takšni razporeditvi platina in grafen obnašata kot kemično homogena struktura.

Ena izmed predvidenih prednosti grafena na reakcijski površini bi lahko bila daljša življenjska doba katalizatorja, saj bi atomi grafena ščitili platino pod njimi. A za to bo potrebnih še nekaj raziskav.

Vir:
https://phys.org/news/2019-09-platinum-graphene-fuel-cell-catalysts-superior.html

https://phys.org

Več o članku si preberite v PDF reviji!

WEB seminarji