Pour rendre les piles à combustible modernes moins chères et plus puissantes, une équipe dirigée par les ingénieurs chimistes de Johns Hopkins s'est inspirée de l'ancienne tradition égyptienne de la dorure.

Les artistes égyptiens de l'époque du roi Toutankhamon couvraient souvent des métaux moins chers (cuivre, par exemple) avec une fine couche d'un métal précieux brillant comme l'or pour créer des masques et des bijoux extravagants. Dans une tournure moderne, les chercheurs dirigés par Johns Hopkins ont appliqué une minuscule couche de platine coûteux d'un nanomètre d'épaisseur seulement—100, 000 fois plus mince qu'un cheveu humain - à un noyau de cobalt beaucoup moins cher. Ce mariage microscopique pourrait devenir un catalyseur crucial dans les nouvelles piles à combustible qui génèrent du courant électrique pour alimenter les voitures et autres machines.

La nouvelle conception de la pile à combustible permettrait d'économiser de l'argent car elle nécessiterait beaucoup moins de platine, un métal très rare et cher qui est couramment utilisé comme catalyseur dans les voitures électriques à pile à combustible d'aujourd'hui. Les chercheurs, qui ont publié leurs travaux plus tôt cette année dans Lettres nano , dire qu'en rendant les voitures électriques plus abordables, cette innovation pourrait réduire les émissions de dioxyde de carbone et d'autres polluants des véhicules à essence ou diesel.

« Cette technique pourrait accélérer notre sortie de l'ère des énergies fossiles, " dit Chao Wang, professeur adjoint Johns Hopkins au Département de génie chimique et biomoléculaire et auteur principal de l'étude. "Cela réduira non seulement le coût des piles à combustible. Il améliorera également l'efficacité énergétique et les performances énergétiques des véhicules électriques propres alimentés à l'hydrogène."

Dans leur article de journal, les auteurs ont levé leur chapeau aux anciens artisans égyptiens qui ont utilisé une technique de placage similaire pour donner aux masques de cuivre et autres œuvres d'art métalliques une couche finale brillante d'argent ou d'or. "L'idée, " Wang a dit, "est de mettre un peu du précieux trésor sur les trucs bon marché."

Il a souligné que le platine, fréquemment utilisé en bijouterie, est également un matériau essentiel dans l'industrie moderne. Il catalyse des réactions essentielles dans des activités telles que le traitement du pétrole, synthèse pétrochimique, et le contrôle des émissions dans les véhicules à combustion, et est utilisé dans les piles à combustible. Mais, il a dit, Le coût élevé et la disponibilité limitée du platine ont rendu son utilisation dans les technologies d'énergie propre largement impraticable, jusqu'à présent.

"Il y a beaucoup plus de cobalt que de platine, " a déclaré l'auteur principal et boursier post-doctoral Johns Hopkins Lei Wang, qui n'est pas lié à Chao Wang. « Nous avons été en mesure d'étendre considérablement les avantages du platine en le recouvrant de cobalt, et nous avons même réussi à augmenter l'activité du platine en même temps."

Les tentatives antérieures de placage de métaux précieux sur des matériaux non précieux ont été en grande partie contrecarrées par des réactions de remplacement galvanique - oxydation du métal non précieux. Dans cette étude, l'équipe a réussi à supprimer ces réactions en introduisant du monoxyde de carbone, une molécule de gaz qui se lie fortement au cobalt, le protégeant de l'oxydation.

Non seulement les nanoparticules de cobalt-platine ont réduit l'utilisation du platine; ils ont fait presque 10 fois mieux que le platine seul. Les chercheurs ont déclaré que cette activité catalytique accrue résultait à la fois de l'exposition maximale des atomes de platine à la surface et des interactions entre les deux métaux.

"Le contact intime entre le cobalt et le platine donne lieu à une contrainte de compression, " Lei Wang a déclaré. "Cela raccourcit la distance entre les atomes de platine et rend les réactions chimiques plus réalisables à la surface."

Parce que le platine et d'autres métaux rares jouent un rôle clé dans de nombreuses applications industrielles, les implications de ce travail s'étendent au-delà des piles à combustible. Actuellement, l'équipe travaille à adapter sa technique à d'autres métaux précieux et substrats non précieux. De nouveaux développements cibleront d'autres applications de ces matériaux dans les conversions chimiques d'hydrocarbures.

« De nombreuses réactions qui dépendent des catalyseurs de métaux précieux pourraient être rendues moins chères et plus efficaces en tirant parti de notre technologie, " A l'heure où nous prenons douloureusement conscience des limites de nos sources d'énergie et de matériaux non renouvelables, a déclaré Chao Wang. cette technique nous oriente dans une nouvelle direction très bienvenue."