Les scientifiques de l'Université Rice ont combiné des points quantiques de graphène, oxyde de graphène, l'azote et le bore dans un catalyseur capable de remplacer le platine dans les piles à combustible à une fraction du coût. Illustration reproduite avec l'aimable autorisation du groupe Tour
(Phys.org) — Les points quantiques de graphène créés à l'Université Rice s'accrochent aux plaquettes de graphène comme des balanes s'attachent à la coque d'un bateau. Mais ces points améliorent les propriétés du vaisseau-mère, les rendant meilleurs que les catalyseurs au platine pour certaines réactions au sein des piles à combustible.
Le laboratoire Rice du chimiste James Tour a créé des points connus sous le nom de GQD à partir du charbon l'année dernière et a maintenant combiné ces points à l'échelle nanométrique avec des feuilles microscopiques de graphène, la forme de carbone d'une épaisseur d'un atome, pour créer un hybride qui pourrait réduire considérablement le coût de production d'énergie avec des piles à combustible.
La recherche fait l'objet d'un nouvel article dans la revue American Chemical Society ACS Nano .
Le laboratoire a découvert que l'ébullition d'une solution de GQD et de feuilles d'oxyde de graphène (exfoliées à partir de graphite commun) les combinait en plaquettes nanométriques auto-assemblées qui pouvaient ensuite être traitées avec de l'azote et du bore. Le matériau hybride combinait les avantages de chaque composant :une abondance de bords où se déroulent les réactions chimiques et une excellente conductivité entre les GQD fournis par la base de graphène. Le bore et l'azote ajoutent collectivement plus de sites catalytiquement actifs au matériau que l'un ou l'autre élément n'en ajouterait seul.
"Les GQD ajoutent au système une énorme quantité d'avantage, qui permet la chimie de la réduction de l'oxygène, l'une des deux réactions nécessaires au fonctionnement dans une pile à combustible, " a déclaré Tour. " Le graphène fournit la matrice conductrice requise. C'est donc une superbe hybridation."
Une image au microscope électronique montre des nanoplaquettes en forme de flocons constituées de points quantiques de graphène tirés de feuilles de charbon et d'oxyde de graphène, modifié avec du bore et de l'azote. Les nanoplaquettes présentent suffisamment de bord pour les rendre appropriées comme catalyseurs pour des applications telles que les piles à combustible. Avec l'aimable autorisation du groupe de touristes
Le matériau du laboratoire Tour a surpassé les hybrides commerciaux platine/carbone que l'on trouve couramment dans les piles à combustible. Le matériau a montré une réaction de réduction de l'oxygène d'environ 15 millivolts de plus avec un potentiel de déclenchement positif - le début de la réaction - et une densité de courant 70 pour cent plus élevée que les catalyseurs à base de platine.
Les matériaux nécessaires pour fabriquer les hybrides en forme de flocon sont beaucoup moins chers, trop, Tour dit. "L'efficacité est meilleure que le platine en termes de réduction d'oxygène, permettant de contourner l'obstacle le plus prohibitif de la génération de piles à combustible - le coût du métal précieux, " il a dit.
