Новый катализатор сулит удешевление топливных элементов

Биметаллические нанодендриты оказались в 2,5-5 раз эффективнее нынешних коммерческих катализаторов. О важном достижении сообщил Юнань Ся (Younan Xia) из университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis), получивший новый материал вместе с коллегами по университету, а также специалистами из Национальной лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory).

Новые частицы могут собираться в группы, создавая очень разветвлённую структуру (фото Sandia National Laboratory).

Последовательная обработка соединений палладия и платины L-аскорбиновой кислотой в водном растворе позволила учёным получить удивительные структуры: на 9-нанометровом зерне из палладия вырастали ветви из платины, протяжённостью до 7 нанометров.

Огромное количество таких нанодендритов, как выяснилось в ходе серии тестов, являются великолепными катализаторами реакции восстановления кислорода в топливных элементах, определяющими силу тока, которую можно получить от установки.

Биметаллические дендриты под микроскопом (фото Younan Xia).

В сравнении с просто платиной той же массы, новый состав показал 2,5-кратное усиление реакции, а в сравнении с рядом других катализаторов, применяющихся в современных топливных элементах — в пять раз. И это при комнатной температуре. А при 60 градусах Цельсия разница с платиной доходила до четырёхкратной.

Потенциально это открытие может привести к 4-5-кратному сокращению массы драгметаллов в одной такой установке без ущерба для мощности, а значит — к солидному снижению её цены, поскольку именно катализаторы являются причиной дороговизны топливных элементов.

"Есть два способа сделать более эффективный катализатор, — говорит Ся. — Одним из них является контроль за размером частиц. Чем он меньше, тем больше удельная поверхность на единицу массы. Другой состоит в том, чтобы изменить расположение атомов на поверхности. Мы воспользовались сразу обоими."

(Детали технологии раскрывает статья авторов открытия в Science.)

Сейчас Ся и его коллеги изучают возможность добавления других благородных металлов, таких, как золото к своим биметаллическим катализаторам, что делает их триметаллическими. Золото помогает окислять монооксид углерода, что даёт возможность катализатору противостоять отравлению CO. "Золото должно сделать катализаторы более стабильными, прочными и надежными", — говорит Ся.