Plus de sites actifs et plus de surface sur les catalyseurs accélèrent la conversion chimique de l'oxygène et de l'hydrogène en eau et en électrons, générer de l'électricité. Les scientifiques ont conçu une nouvelle voie de synthèse pour produire un catalyseur qui double le taux de conversion par rapport au meilleur catalyseur précédemment rapporté. Le processus commence par un fil mince synthétisé chimiquement avec un noyau de platine (Pt) et un oxyde de nickel (coque NiO) (en haut). L'équipe chauffe les fils pour former un nanofil de platine-nickel (NW) (milieu). L'équipe traite électrochimiquement le fil pour éliminer le nickel, ce qui donne un fil de platine avec une surface dentelée (en bas). Crédit :Dr Xiangfeng Duan, Université de Californie, Los Angeles
Les piles à combustible produisent de l'électricité grâce à des réactions chimiques. Une réaction clé consiste à combiner l'oxygène et l'hydrogène pour produire de l'eau tout en libérant de l'énergie sous forme d'électrons. Le taux de cette conversion est généralement lent. Elle nécessite la présence d'un catalyseur tel que le platine. Dans cette recherche, une équipe a développé un processus de lixiviation pour produire des nanofils de platine déchiquetés ultrafins. Les fils ont une activité de surface extraordinaire et des surfaces élevées. Combiné, ces caractéristiques fournissent un catalyseur avec un taux de conversion record.
Les résultats offrent une nouvelle stratégie pour la conception de catalyseurs à base de platine hautement efficaces. De tels catalyseurs peuvent réduire considérablement la quantité de platine coûteux nécessaire. Ces catalyseurs peuvent réduire le coût des piles à combustible.
Le platine est un élément essentiel pour catalyser la réaction de réduction de l'oxygène critique pour le fonctionnement des piles à combustible, une technologie qui génère de l'électricité à partir de réactions chimiques d'hydrogène et d'oxygène. Le coût élevé du platine est un facteur primordial qui limite l'adoption de piles à combustible génératrices d'électricité. Une mesure de l'efficacité du catalyseur au platine est l'activité massique - l'activité catalytique divisée par le poids de platine. Des activités de masse plus élevées doivent être réalisées pour réduire l'utilisation de platine requise et réduire les coûts des piles à combustible. L'amélioration de l'activité massique du platine nécessite d'optimiser à la fois l'activité spécifique et la surface électrochimiquement active du catalyseur.
Des chercheurs de l'Université de Californie, Los Angeles, ont découvert qu'ils pouvaient convertir des nanofils avec un noyau de platine et une enveloppe d'oxyde de nickel, réalisés par des techniques de synthèse en solution, en nanofils d'alliage platine-nickel par un processus de recuit thermique. L'équipe pourrait ensuite transformer les fils en nanofils de platine déchiquetés par désalliage électrochimique ou lixiviation. Les nanofils déchiquetés présentent une activité massique de 13,6 ampères par milligramme de platine, ce qui est presque le double des meilleures valeurs précédemment rapportées. Des simulations de dynamique moléculaire réactive (un type de modélisation informatique du matériau) suggèrent que les des structures de surface sous-coordonnées améliorent davantage la réaction souhaitée que les surfaces relâchées d'autres structures de catalyseur au platine.
