Le platine a longtemps été utilisé comme catalyseur pour permettre la réaction d'oxydoréduction au centre de la technologie des piles à combustible. Mais le coût élevé du métal est un facteur qui a empêché les piles à combustible de rivaliser avec des moyens moins coûteux d'alimenter les automobiles et les maisons.

Aujourd'hui, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont développé un nouveau système catalytique à base de platine qui est beaucoup plus durable que les systèmes commerciaux traditionnels et a une durée de vie potentiellement plus longue. Le nouveau système pourrait, à long terme, réduire le coût de production des piles à combustible.

Dans l'étude, qui a été publié le 15 juillet dans la revue ACS Lettres nano , les chercheurs ont décrit une nouvelle façon possible de résoudre l'une des principales causes de dégradation des catalyseurs au platine, frittage, un processus dans lequel les particules de platine migrent et s'agglutinent, réduisant la surface spécifique du platine et provoquant la chute de l'activité catalytique.

Pour réduire un tel frittage, les chercheurs ont mis au point une méthode pour ancrer les particules de platine à leur matériau de support en carbone en utilisant des morceaux de l'élément sélénium.

"Il existe des stratégies pour atténuer le frittage, comme l'utilisation de particules de platine de taille uniforme pour réduire l'instabilité chimique entre elles, " a déclaré Zhengming Cao, un étudiant diplômé invité à Georgia Tech. "Cette nouvelle méthode utilisant le sélénium entraîne une forte interaction métal-support entre le platine et le matériau de support en carbone et donc une durabilité remarquablement améliorée. En même temps, les particules de platine peuvent être utilisées et maintenues à une petite taille pour atteindre une activité catalytique élevée à partir de la surface spécifique accrue."

Le processus commence par le chargement de sphères nanométriques de sélénium sur la surface d'un support de carbone commercial. Le sélénium est ensuite fondu à haute température afin qu'il se répande et recouvre uniformément la surface du carbone. Puis, le sélénium est mis à réagir avec un sel précurseur de platine pour générer des particules de platine inférieures à deux nanomètres de diamètre et uniformément réparties sur la surface du carbone.

L'interaction covalente entre le sélénium et le platine fournit un lien solide pour ancrer de manière stable les particules de platine au carbone.

"Le système catalytique résultant était remarquable à la fois pour sa haute activité en tant que catalyseur ainsi que pour sa durabilité, " dit Younan Xia, professeur et président de la famille Brock au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et de l'Université Emory.

En raison de l'augmentation de la surface spécifique du platine nanométrique, le nouveau système catalytique a initialement montré une activité catalytique trois fois et demie supérieure à la valeur d'origine d'un catalyseur commercial platine-carbone de pointe. Puis, l'équipe de recherche a testé le système catalytique à l'aide d'un test de durabilité accéléré. Même après 20 ans, 000 cycles de balayage électropotentiel, le nouveau système a encore fourni une activité catalytique plus de trois fois celle du système commercial.

Les chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à transmission à différentes étapes du test de durabilité pour examiner pourquoi l'activité catalytique restait si élevée. Ils ont découvert que les ancrages au sélénium étaient efficaces pour maintenir en place la plupart des particules de platine.

« Après 20 ans, 000 cycles, la plupart des particules sont restées sur le support carboné sans décollement ni agrégation, " a déclaré Cao. " Nous pensons que ce type de système catalytique présente un grand potentiel en tant que moyen évolutif d'augmenter la durabilité et l'activité des catalyseurs au platine et éventuellement d'améliorer la faisabilité de l'utilisation des piles à combustible pour un plus large éventail d'applications. "