طلا عملکرد واکنش های سوخت و سلول ذرات نانو را بهبود می بخشد

قرار است فناوری سلول سوختی گامی به جلو برداشته شود زیرا شیمی دانان یک نانوذره فلزی سه سر FePtAu ایجاد کرده اند که جریان بیشتری در واحد جرم از هر کاتالیزور دیگر نانوذره آزمایش شده تولید می کند. در آزمایشات ، محققان از دانشگاه براون دریافتند که کاتالیزور FePtAu به 2809.9 میلی آمپر در میلی گرم در هر میلی لیتر رسیده و پس از 13 ساعت دارای فعالیت انبوه 2600 میلی آمپر در میلی گرم در گرم ، یا 93 درصد از مقدار عملکرد اصلی آن است.

PROVIDENCE ، رود آیلند [دانشگاه براون] – پیشرفت فن آوری سلول سوختی به دلیل ناکافی بودن فلزات مورد مطالعه به عنوان کاتالیزور ، متزلزل شده است. عیب پلاتین ، به غیر از هزینه ، این است که در واکنشهای مربوط به سلولهای سوختی که از مواد آلی مانند اسید فرمیک تأمین می شوند ، مونوکسیدکربن را جذب می کند . فلزی که اخیراً آزمایش شده است ، پالادیوم ، با گذشت زمان تجزیه می شود.

اکنون شیمی دانان در دانشگاه براون یک نانوذره فلزی سه سر ایجاد کرده اند که به گفته آنها در واکنش آلی سلولهای سوختی اسید فرمیک عملکرد بهتری دارد و در پایان آند از همه بیشتر است. در مقاله ای که در ژورنال انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است ، محققان گزارش داده اند که یک نانو ذره آهن-پلاتین-طلای 4 نانومتری (FePtAu) ، با ساختار بلوری تتراگونال ، جریان بیشتری در هر واحد جرم از هر کاتالیزور دیگر نانوذره آزمایش شده تولید می کند. علاوه بر این ، نانوذرات سه بعدی در براون پس از 13 ساعت تقریباً همان عملکرد خوبی را دارد که در آغاز کار داشت. در مقابل ، مونتاژ نانوذره دیگری که تحت شرایط یکسان آزمایش شده است ، تنها در یک چهارم زمان تقریباً 90 درصد عملکرد خود را از دست داده است.

Shouheng Sun ، استاد شیمی در Brown و نویسنده مربوطه در این مقاله ، گفت: “ما یک كاتالیزور سلول سوختی اسید فرمیك ساخته ایم كه بهترین كالایی است كه تاكنون ایجاد و آزمایش شده است.” “این دوام و همچنین فعالیت خوبی دارد.”

طلا نقش اصلی را در واکنش بازی می کند. اول ، این به عنوان یک سازمان دهنده انواع مختلفی عمل می کند ، اتم های آهن و پلاتین را به لایه های یکنواخت و ظریف درون نانوذره هدایت می کند. سپس اتمهای طلا از مرحله خارج می شوند و به سطح خارجی مجموعه نانوذرات متصل می شوند. طلا در سفارش اتمهای آهن و پلاتین موثر است زیرا اتمهای طلا در ابتدا فضای اضافی درون کره نانوذرات ایجاد می کنند. وقتی اتمهای طلا هنگام گرم شدن از فضا پخش می شوند ، فضای بیشتری برای تجمع خود اتمهای آهن و پلاتین ایجاد می کنند. طلا شیمیایی تبلور مورد نظر را در مجموعه ذرات نانو در دمای پایین ایجاد می کند.

طلا همچنین با کاتالیز اکسیداسیون مونوکسیدکربن (CO) را از واکنش خارج می کند. مونوکسیدکربن ، به غیر از خطرناک بودن برای تنفس ، به خوبی به اتم های آهن و پلاتین متصل می شود و واکنش را لثه می کند. طلا با تمیز کردن آن در اثر واکنش ، عملکرد کاتالیزور آهن – پلاتین را بهبود می بخشد. این تیم پس از مطالعه در ادبیات که نانوذرات طلا در اکسیداسیون مونوکسید کربن م –ثر است – تصمیم گرفتند طلا را امتحان کنند ، در واقع آنقدر م effectiveثر است که نانوذرات طلا در کلاه ایمنی آتش نشانان ژاپنی قرار گرفته است. در واقع ، نانو ذرات فلزی سه سر تیم براون در حذف CO در اکسیداسیون اسید فرمیک به همان خوبی کار کردند ، اگرچه به طور مشخص دلیل آن مشخص نیست.

نویسندگان همچنین بر اهمیت ایجاد ساختار بلوری مرتب شده برای کاتالیزور نانوذرات تأکید دارند. طلا به محققان کمک می کند تا یک ساختار بلوری به نام “صورت محور – چهار ضلعی” ، شکلی چهار طرفه داشته باشند که در آن اتم های آهن و پلاتین در اصل مجبور به اشغال موقعیت های خاص در ساختار می شوند و نظم بیشتری ایجاد می کنند. با اعمال نظم اتمی ، لایه های آهن و پلاتین محکم تر در ساختار متصل می شوند ، بنابراین مونتاژ با ثبات تر و با دوام تر می شود ، برای کاتالیزورهایی با عملکرد بهتر و با دوام بیشتر ضروری است.

محققان براون می نویسند ، در آزمایشات ، کاتالیزور FePtAu به 2809.9 میلی آمپر در میلی گرم Pt (فعالیت جرمی ، یا جریان تولید شده در هر میلی گرم پلاتین) رسید ، “که بالاترین میزان در میان تمام کاتالیزورهای NP (نانوذره) است.” بعد از 13 ساعت ، نانوذره FePtAu دارای فعالیت جرمی 2600mA / mg Pt است ، یا 93 درصد از مقدار عملکرد اصلی آن. در مقایسه ، دانشمندان می نویسند ، نانوذره پلاتین-بیسموت که به خوبی دریافت شده است تحت آزمایش های یکسان دارای فعالیت جرمی حدود 1720mA / mg Pt است و در صورت اندازه گیری دوام ، چهار برابر کمتر فعال است.

محققان متذکر می شوند که فلزات دیگر ممکن است جایگزین طلا در کاتالیزور نانوذرات شوند تا عملکرد و دوام کاتالیزور را بهبود بخشد.

محققان می نویسند: “این ارتباط یک استراتژی کنترل ساختار جدید را برای تنظیم و بهینه سازی تجزیه ذرات نانو برای اکسیداسیون سوخت ارائه می دهد.”

سن ژانگ ، دانشجوی سال سوم تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه سان ، در طراحی و سنتز ذرات نانو کمک کرد. Shaojun Guo ، دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه Sun آزمایشات اکسیداسیون الکتروشیمیایی را انجام داد. Huiyuan Zhu ، دانشجوی سال دوم تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه Sun ، نانوذرات FePt را سنتز کرد و آزمایش های کنترل را انجام داد. نویسنده دیگر دونگ سو از مرکز نانو مواد عملکردی در آزمایشگاه ملی بروخاون است که ساختار کاتالیست نانوذرات را با استفاده از امکانات پیشرفته میکروسکوپ الکترونی در آنجا تجزیه و تحلیل کرد.