Топливные элементы могут стать источником энергии для автомобилей будущего. Однако они должны быть не только эффективными, но и доступными по цене. Исследователи Корнельского Университета придумали более дешевый способ синтезировать материал для топливных ячеек путем электрокатализа, сообщается на сайте Университета.

В исследовании, опубликованном на сайте Американского Химического Общества, описывается простой способ производства наночастиц, запускающий электрокаталитические реакции у топливных элементов при комнатной температуре.

Топливные элементы преобразуют химическую энергию в электрическую. Они состоят из анода, который окисляет топливо (например, водород), и катода, который превращает кислород в воду. Полимерная мембрана разделяет электроды. В современных автомобилях на топливных элементах для запуска реакции катодного восстановления кислорода используется чистая платина. Сегодня она является наиболее эффективным катализатором, однако ее действие ограничено, кроме того, это редкий и дорогой материал.

Рис. 1. Синтез наночастицы и последующее осаждение платины. Изображение лаборатории Абруны.

Корнельские исследователи наночастиц предлагают альтернативу чистой платине с точки зрения стоимости. Новые элементы сделаны из палладиевого и кобальтового ядра и покрыты одноатомным слоем платины. Палладий хоть и не такой хороший катализатор, имеет сходные свойства с платиной (находится в той же группе Периодической таблицы Менделеева, имеет такую же кристаллическую структуру и размер), но стоит на треть дешевле и встречается на Земле в 50 раз чаще.

Чтобы снизить производственные затраты, ученые под руководством Гектора Д. Абруны (Hector D. Abruna), профессора химии и химической биологии, создали наночастицы на углеродной основе и самоорганизующееся ядро из палладия и кобальта. Спланировал эксперимент и синтезировал наночастицы первый автор статьи Дели Ванг (Deli Wang) – пост-докторант в лаборатории Абруны.

Дэвид Мюлер (David Muller), профессор прикладной и технической физики и содиректор Корнельского Института нанонауки Кавли, занялся визуализацией частиц на атомарном уровне, чтобы показать химический состав, распределение и улучшить эффективность каталитической конверсии.

Рис. 2. Атомарное изображение палладиево-кобальтовой наночастицы до осаждения платины. Изображение лаборатории Мюллера.

«Кристаллическая структура основания, состав и пространственное распределение наночастиц играют важную роль в определении, насколько хорошо себя проявит платина», – сказал Хуолинь Ксин (Huolin Xin), аспирант из лаборатории Мюллера.