Un chimiste de RUDN a synthétisé un électrocatalyseur à base de nanoparticules d'or avec des ligands organiques qui peuvent déclencher à la fois des réactions de production d'hydrogène et des réactions de réduction d'oxygène dans les piles à combustible. Le rendement en produits avec le nouveau catalyseur était deux fois plus élevé que lors de l'utilisation d'un catalyseur traditionnel à base de platine. L'article a été publié dans Journal de la chimie des matériaux A .

Catalyseurs à base de nanoparticules métalliques, par exemple, or ou platine, sont nécessaires aux réactions dans les piles à combustible et à la production industrielle d'hydrogène. Si les molécules organiques, ligands, sont attachés aux nanoparticules, l'activité du catalyseur peut être augmentée. Cependant, il y a eu peu d'articles qui étudient les capacités de tels catalyseurs jusqu'à présent.

Rafaël Luque, un chimiste RUDN, synthétisé un catalyseur à base de nanoparticules d'or stabilisées au citrate, un sel d'acide citrique. Pour obtenir des nanoparticules d'or en complexe avec d'autres substances organiques, un échange de ligands a été réalisé sur la base d'un gradient de concentration. Pour ça, les nanoparticules ont été incubées dans une solution d'un nouveau ligand, puis centrifugé pour précipiter les nanoparticules formées avec des ligands attachés.

Au cours de l'expérience des réactions de réduction de l'oxygène, les chimistes ont trouvé un effet significatif du type de ligand et de son interaction avec la surface de l'or sur l'absorption d'O 2 molécules. Les nanoparticules d'or avec du citrate se sont avérées les meilleures dans ces réactions. La densité de courant limite de ce type de catalyseur (5,58 milliampères par centimètre carré) était deux fois plus élevée que celle des nanoparticules avec d'autres ligands. Cela signifie qu'avec la même consommation d'énergie, ce catalyseur produira plus d'oxygène.

Dans les réactions de production d'hydrogène, la meilleure activité catalytique, ainsi que dans les réactions de réduction de l'oxygène, a été démontré par des nanoparticules de citrate. De plus, leur efficacité n'était que la moitié de l'efficacité d'un catalyseur au platine, qui dépasse considérablement l'analogue de l'or en coût.

L'étude des structures a montré que les nanoparticules d'or avec le citrate perdaient une partie de leurs ligands, tandis que les nanoparticules contenant du bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) et de l'acide mercaptoundécanoïque (MUA) sont restées presque inchangées. Cela peut être dû à la force différente des liaisons entre l'or et les ligands organiques. Pour tester la stabilité, qui est l'une des caractéristiques les plus importantes des catalyseurs, tous les échantillons ont été testés pendant 12 heures sous une tension qui dépassait significativement l'optimum. Toutes les nanoparticules ont conservé leur structure après les tests ; de plus, les nanoparticules d'or avec du citrate ont amélioré leurs caractéristiques électrocatalytiques. Cela peut indiquer que de nouveaux types de catalyseurs fonctionneront efficacement en fonctionnement continu.

En raison de la stabilité des nouveaux catalyseurs, ceux-ci ont un potentiel intéressant pour être utilisés dans l'industrie à l'avenir. La méthode d'échange de ligand développée par les chimistes peut trouver une application dans la synthèse de catalyseurs aux propriétés prédéterminées adaptées aux sources d'énergie renouvelables à base d'hydrogène.