Les scientifiques du laboratoire Ames ont découvert une méthode pour rendre plus petits, nanoparticules intermétalliques plus efficaces pour les applications de piles à combustible, et qui utilisent également moins de platine, un métal précieux coûteux.

Les chercheurs ont réussi à surmonter certains des défis techniques présentés dans la fabrication des nanoparticules de platine-zinc avec une structure en réseau ordonnée, qui fonctionnent le mieux aux petites tailles dans lesquelles la surface chimiquement réactive est la plus élevée proportionnellement au volume des particules.

"Ce rapport surface-volume est important pour tirer le meilleur parti d'une nanoparticule intermétallique, " a déclaré Wenyu Huang, Scientifique du laboratoire Ames et professeur adjoint de chimie à l'Iowa State University. "Plus la particule est petite, plus il y a de surface, et plus de surface augmente l'activité catalytique."

Mais la température élevée du processus de recuit nécessaire pour former des nanoparticules intermétalliques va souvent à l'encontre de l'objectif d'atteindre une petite taille.

"Le recuit à haute température peut provoquer l'agrégation ou l'agglutination des particules, et produit de plus grandes tailles de particules qui ont moins de surface disponible et ne sont pas aussi réactives. Donc, seules les étapes nécessaires pour les produire peuvent vaincre leurs performances chimiques ultimes, " dit Huang.

Pour empêcher l'agrégation de se produire pendant le processus de chauffage, Le groupe de recherche de Huang a d'abord utilisé des nanotubes de carbone comme support pour les nanoparticules de PtZn, puis enduits d'une coquille de silice mésoporeuse sacrificielle pour le recuit à haute température pour former les structures intermétalliques. Un processus de gravure chimique enlève ensuite la coque de silice par la suite.

Le produit final résultant de particules uniformes de platine-zinc de 3,2 nm a non seulement donné deux fois l'activité catalytique par site de surface, cette surface a vu dix fois l'activité catalytique de particules plus grosses contenant la même quantité de platine.

La découverte a été rendue possible en partie par les capacités d'un nouveau microscope électronique à balayage Titan à l'installation d'instruments sensibles du laboratoire Ames, financé conjointement par le Département de l'énergie et l'Iowa State University.

« La possibilité de voir les distributions du matériau au niveau atomique avec notre nouveau microscope a eu un impact positif énorme sur les capacités du laboratoire à affiner les matériaux, " dit Lin Zhou, scientifique associé et chef d'instrument pour l'installation d'instruments sensibles. "C'est un processus beaucoup plus immédiat, pouvoir collaborer directement avec les scientifiques de fabrication en interne. Sur la base des résultats et des suggestions que nous fournissons, ils peuvent améliorer le matériel, on peut encore le caractériser, et le cycle de découverte est beaucoup plus rapide."

La recherche est discutée plus en détail dans un article, "Sub-4 nm PtZn Intermetallic Nanoparticles for Enhanced Mass and Specific Activities in Catalytic Electrooxidation Reaction" publié dans le Journal de l'American Chemical Society .