Une illustration de la procédure de synthèse des nanoparticules core-shell et du dépôt ultérieur de platine. Crédit :laboratoire d'Abruna
(PhysOrg.com) -- Les piles à combustible pourraient alimenter les voitures du futur, mais il ne suffit pas de les faire fonctionner - ils doivent être abordables. Les chercheurs de Cornell ont développé une nouvelle façon de synthétiser un matériau électrocatalytique de pile à combustible sans se ruiner.
La recherche, publié en ligne le 24 novembre dans le Journal de l'American Chemical Society , décrit une méthode simple pour fabriquer des nanoparticules qui entraînent les réactions électrocatalytiques à l'intérieur des piles à combustible à température ambiante.
Les piles à combustible convertissent directement l'énergie chimique en énergie électrique. Ils sont constitués d'une anode, qui oxyde le carburant (comme l'hydrogène), et une cathode, qui réduit l'oxygène à l'eau. Une membrane polymère sépare les électrodes. Les voitures à pile à combustible en production aujourd'hui utilisent du platine pur pour catalyser la réaction de réduction de l'oxygène du côté cathode. Alors que le platine est le catalyseur le plus efficace disponible aujourd'hui pour la réaction de réduction de l'oxygène, son activité est limitée, et c'est rare et cher.
Les nanoparticules des chercheurs de Cornell offrent une alternative au platine pur à une fraction du coût. Ils sont constitués d'un noyau de palladium et de cobalt et recouverts d'une couche de platine d'une épaisseur d'un atome. Palladium, mais pas un aussi bon catalyseur, a des propriétés similaires à celles du platine (il appartient au même groupe sur le tableau périodique des éléments ; il a la même structure cristalline ; et sa taille atomique est similaire), mais il coûte un tiers de moins et est 50 fois plus abondant sur Terre.
Chercheurs dirigés par Héctor D. Abruña, le Professeur E.M. Chamot de Chimie et Biologie Chimique, a fabriqué les nanoparticules sur un substrat de carbone et fait l'auto-assemblage du noyau de palladium-cobalt, réduisant ainsi les coûts de fabrication. Premier auteur Deli Wang, un associé postdoctoral dans le laboratoire d'Abruña, conçu les expériences et synthétisé les nanoparticules.
Images à résolution atomique de la nanoparticule palladium-cobalt, avant dépôt de platine. Crédit :laboratoire Muller
David Muller, professeur de physique appliquée et d'ingénierie et co-directeur de l'Institut Kavli à Cornell pour la science à l'échelle nanométrique, a dirigé les efforts visant à imager les particules jusqu'à la résolution atomique pour démontrer leur composition chimique et leur distribution, et de prouver l'efficacité des conversions catalytiques.
"La structure cristalline du substrat, la composition et la distribution spatiale des nanoparticules jouent un rôle important dans la détermination des performances du platine, " dit Huolin Xin, un étudiant diplômé du laboratoire de Muller.
Le travail a été soutenu par l'Energy Materials Center de Cornell, un centre de recherche sur les frontières énergétiques soutenu par le ministère de l'Énergie. Les chercheurs ont également utilisé du matériel au Cornell Center for Materials Research.
