Mais sítios ativos e mais área de superfície nos catalisadores aceleram a conversão química de oxigênio e hidrogênio em água e elétrons, gerando eletricidade. Os cientistas desenvolveram uma nova rota de síntese para produzir um catalisador que dobra a taxa de conversão em comparação com o melhor catalisador relatado anteriormente. O processo começa com um fio fino sintetizado quimicamente com um núcleo de platina (Pt) e um óxido de níquel (camada de NiO) (topo). A equipe aquece os fios para formar um nanofio de platina-níquel (NW) (meio). A equipe trata eletroquimicamente o fio para remover o níquel, resultando em um fio de platina com uma superfície irregular (parte inferior). Crédito:Dr. Xiangfeng Duan, Universidade da Califórnia, Los Angeles
As células de combustível produzem eletricidade por meio de reações químicas. Uma reação chave é combinar oxigênio com hidrogênio para produzir água e, ao mesmo tempo, liberar energia na forma de elétrons. A taxa dessa conversão é normalmente lenta. Requer a presença de um catalisador como a platina. Nesta pesquisa, uma equipe desenvolveu um processo de lixiviação para produzir nanofios ultrafinos de platina denteada. Os fios apresentam extraordinária atividade superficial e altas áreas superficiais. Combinado, esses recursos fornecem um catalisador com uma taxa de conversão recorde.
As descobertas oferecem uma nova estratégia para o projeto de catalisadores à base de platina altamente eficientes. Esses catalisadores podem reduzir drasticamente a quantidade necessária de platina cara. Esses catalisadores podem reduzir o custo das células de combustível.
A platina é um elemento essencial para catalisar a reação de redução de oxigênio crítica para operações de células de combustível, uma tecnologia que gera eletricidade a partir de reações químicas de hidrogênio e oxigênio. O alto custo da platina é o principal fator que limita a adoção de células a combustível geradoras de eletricidade. Uma medida da eficiência do catalisador de platina é a atividade de massa - a atividade catalítica dividida pelo peso da platina. As atividades de massa mais altas devem ser alcançadas para reduzir o uso de platina necessário e diminuir os custos das células de combustível. Melhorar a atividade de massa de platina requer a otimização da atividade específica e da área de superfície eletroquimicamente ativa do catalisador.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Los Angeles, descobriram que eles poderiam converter nanofios com um núcleo de platina e uma camada de óxido de níquel, feito por técnicas de síntese de solução, em nanofios de liga de níquel-platina por meio de um processo de recozimento térmico. A equipe poderia então transformar os fios em nanofios de platina irregulares por meio de desalojamento eletroquímico ou lixiviação. Os nanofios irregulares exibem uma atividade de massa de 13,6 amperes por miligrama de platina, que é quase o dobro dos melhores valores relatados anteriormente. Simulações de dinâmica molecular reativa (um tipo de modelagem computacional do material) sugerem que os altamente estressados, estruturas de superfície sub-coordenadas aumentam a reação desejada mais do que as superfícies relaxadas de outras estruturas de catalisador de platina.
