Химики из Национальной северо-западной тихоокеанской лаборатории и Принстонского университета протестировали уникальный графеновый каталитический материал.

В топливных элементах, для которых предназначается новая разработка, протонообменная мембрана разделяет электроды с нанесённым на них катализатором. На аноде молекулярный водород диссоциирует и теряет электроны, протоны проходят сквозь мембрану к катоду, а электроны направляются во внешнюю цепь. На катоде молекулы кислорода соединяются с протонами и подводимыми извне электронами с образованием воды — продукта реакции.

Ключевую роль в этих процессах играет катализатор (здесь обычно используют платину), расположенный на подложке. Материал подложки должен иметь хорошую проводимость и обеспечивать равномерное распределение катализатора по поверхности.

Производители часто делают подложку графитовой, закрывая глаза на то, что атомы платины на ней образуют скопления, а контакт с водой отрицательно сказывается на её надёжности. Альтернативный вариант — оксиды металлов — более стабилен и даёт хорошее распределение катализатора, но уступает по проводимости.

Рис. 1. Нанокристалл оксида индия и олова «придавливает» наночастицы платины (синие) к графену. (Иллюстрация авторов работы).

В новой работе углеродные материалы были объединены с оксидами. На графеновых листах авторы разместили нанокристаллы оксида индия и олова, к которым затем добавили наночастицы платины.

Рассматривая полученные образцы под микроскопом, химики установили, что платина правильно распределена по поверхности и закрепляется между графеном и нанокристаллами оксида. В экспериментальной части исследования материал продемонстрировал завидные каталитические возможности, долговечность и стабильность. Эти данные были подтверждены расчётами в рамках теории функционала плотности.

Сейчас учёные создают первые топливные элементы с новыми электродами, надеясь уже в ближайшее время испытать материал в реальных условиях.

Полную версию отчёта опубликует издание Journal of the American Chemical Society.