Cientistas do Laboratório Ames descobriram um método para tornar menores, nanopartículas intermetálicas mais eficientes para aplicações de células de combustível, e que também usam menos do caro metal precioso platina.

Os pesquisadores conseguiram superar alguns dos desafios técnicos apresentados na fabricação das nanopartículas de platina-zinco com uma estrutura de rede ordenada, que funcionam melhor em tamanhos pequenos em que a área de superfície quimicamente reativa é maior em proporção ao volume de partícula.

"Essa relação superfície-volume é importante para tirar o máximo proveito de uma nanopartícula intermetálica, "disse Wenyu Huang, Cientista do Ames Laboratory e professor assistente de Química na Iowa State University. "Quanto menor a partícula, quanto mais superfície houver, e mais área de superfície aumenta a atividade catalítica. "

Mas a alta temperatura do processo de recozimento necessária para formar nanopartículas intermetálicas muitas vezes frustra o objetivo de atingir um tamanho pequeno.

"O recozimento de alta temperatura pode fazer com que as partículas se agreguem ou aglutinem, e produz tamanhos maiores de partículas que têm menos superfície disponível e não são tão reativas. Então, apenas as etapas necessárias para produzi-los podem derrotar seu desempenho químico final, "disse Huang.

Para evitar que a agregação ocorra durante o processo de aquecimento, O grupo de pesquisa de Huang usou pela primeira vez nanotubos de carbono como suporte para as nanopartículas de PtZn, e então os revestiu com uma concha de sílica mesoporosa sacrificial para o recozimento de alta temperatura para formar as estruturas intermetálicas. Um processo de corrosão química remove a casca de sílica posteriormente.

O produto final resultante de partículas uniformes de platina-zinco de 3,2 nm não só rendeu duas vezes a atividade catalítica por sítio de superfície, essa área de superfície viu dez vezes a atividade catalítica de partículas maiores contendo a mesma quantidade de platina.

A descoberta foi possível em parte pelos recursos de um novo microscópio eletrônico de varredura Titan no Sensitive Instrument Facility do Ames Laboratory, financiado conjuntamente pelo Departamento de Energia e pela Iowa State University.

"Ser capaz de ver as distribuições do material em nível atômico com nosso novo microscópio teve um enorme impacto positivo sobre as capacidades do Laboratório para ajustar materiais, "disse Lin Zhou, cientista associado e líder de instrumentos do Centro de Instrumentos Sensíveis. "É um processo muito mais imediato, ser capaz de colaborar diretamente com os cientistas de fabricação internos. Com base nos resultados e sugestões que fornecemos, eles podem melhorar o material, podemos caracterizá-lo mais uma vez, e o ciclo de descoberta é muito mais rápido. "

A pesquisa é discutida posteriormente em um artigo, "Sub-4 nm PtZn Intermetallic Nanoparticles for Enhanced Mass and Specific Activities in Catalytic Electrooxidation Reaction" publicado no Jornal da American Chemical Society .