نانوکاتالیزور کم پلاتین برای تجاری سازی پیل سوختی توسعه یافت - وبلاگ امین مرقی

به گزارش وبلاگ امین مرقی، تیمی در دانشگاه علم و فناوری چین کاتالیزور جدیدی فراوری کردند که به مقادیر کمی پلاتین احتیاج دارد و فعالیت کاتالیزوری بالایی برای تجاری سازی پیل سوختی ایجاد می نماید.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ امین مرقی، در مقاله ای که در مجله Science منتشر شده است، محققان شرح می دهند که کاتالیزور های پیل سوختی معمولاً از آلیاژ های پلاتین ساخته می شوند که فلزات واسطه به صورت نازک روی پایه های کربن متخلخل پوشیده شده اند. این فلز گرانبها یک ماده کاتالیزوری ایده آل است، زیرا می تواند در برابر شرایط اسیدی مقاومت کند و سرعت واکنش های شیمیایی را به طور موثر افزایش دهد. اما از آنجایی که گران است و ذخایر منابع ناکافی دارد، استفاده از آن یکی از عواملی است که مانع فراوری انبوه خودرو های مجهز به پیل سوختی می گردد.

برای حل این موضوع، گروهی در دانشگاه علم و فناوری چین از روش لنگر گوگردی در دمای بالا برای سنتز کاتالیزور های نانوذرات بین فلزی پلاتین با میزان کوچک (i-NP) با بارگذاری پلاتین بسیار کم و فعالیت جرمی بالا استفاده کردند. آزمایش آن ها نه تن ها موفقیت آمیز بود، بلکه به آن ها اجازه داد تا کتابخانه های i-NP، از جمله 46 نوع نانوذرات پلاتین (NPs) را برای ساخت الکترود مقرون به صرفه و بادوام ایجاد نمایند.

I-NP ها به علت خواص منحصر به فرد مرتب شده اتمی و عملکرد کاتالیزوری عالی در بسیاری از واکنش های شیمیایی توجه گسترده ای را به خود جلب نموده اند. با این حال، تف جوشی اجتناب ناپذیر فلز در دما های بالا در طول سنتز i-NPs نامطلوب است، زیرا منجر به بلور های بزرگتر می گردد. بنابراین، منجر به کاهش سطح ویژه و فعالیت های کاتالیزوری کمتر مواد می گردد و در نهایت اندازه استفاده از پلاتین را کاهش می دهد، بنابراین هزینه پیل های سوختی را به شدت افزایش می دهد.

تیم تحقیقاتی به رهبری لیانگ هایوی، از یک برهمکنش شیمیایی قوی پلاتین-گوگرد استفاده کردند. آن ها مواد بین فلزی پلاتین را روی پایه های کربن دوپ شده با گوگرد (S-C) قرار دادند تا مانع تف جوشی نانوذرات در دما های بالا شوند و با این کار توانستند i-NP های مرتب شده اتمی را با میزان میانه کمتر از 5 نانومتر بدست آورند. تکیه گاه های S-C توانایی ضد تف جوشی بسیار خوبی را نشان دادند و محققان نانوذرات پلاتین را با قطر میانه کمتر از 5 نانومتر پس از بازپخت در دما های بالا تا 1000 درجه سانتی گراد به دست آوردند. با این حال، تف جوشی شدید پلاتین پس از همان فرآیند بازپخت روی تکیه گاه های کربن سیاه تجاری مشاهده شد.

برای استفاده از خاصیت ضد تف جوشی، محققان 46 نوع i-NP مبتنی بر Pt با میزان کوچک را بر روی پشتیبانی از جنس S-C سنتز کردند و کتابخانه های i-NP را ایجاد کردند. خصوصیات طیفی میزان گیری شد و نتایج برهمکنش های شیمیایی قوی پیوند های Pt-S را تأیید کرد. علاوه بر این، نتایج پراش اشعه ایکس (XRD) درجه مرتب شدن بالا و میزان کوچک کاتالیزور های i-NP در کتابخانه ها را نشان داد، که با تجزیه و تحلیل آماری میکروسکوپ الکترونی روبشی میدان تاریک حلقوی با زاویه بالا (HAADF-STEM) سازگار است.

لیانگ گفت: بر اساس کتابخانه های i-NP، ما می توانیم به طور سیستماتیک رابطه بین ساختار و عملکرد کاتالیزور ها را مطالعه کنیم.

از نظر آن ها، این روش امید ها را برای کاهش میزان پلاتین مصرفی و در نتیجه کاهش هزینه پیل های سوختی افزایش می دهد.