p Uma nova combinação de nanopartículas e grafeno resulta em um material catalítico mais durável para células de combustível, de acordo com trabalho publicado hoje online no Journal of the American Chemical Society. O material catalítico não é apenas mais resistente, mas também mais quimicamente ativo. Os pesquisadores estão confiantes de que os resultados ajudarão a melhorar o design das células de combustível. p "As células de combustível são uma área importante da tecnologia de energia, mas o custo e a durabilidade são grandes desafios, "disse o químico Jun Liu." A estrutura única deste material fornece a estabilidade necessária, boa condutividade elétrica e outras propriedades desejadas. "

p Liu e seus colegas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia, Universidade de Princeton em Princeton, N.J., e a Washington State University em Pullman, Lavagem., grafeno combinado, um favo de mel de carbono com um átomo de espessura com propriedades elétricas e estruturais úteis, com nanopartículas de óxido de metal para estabilizar um catalisador de célula de combustível e torná-lo melhor disponível para fazer seu trabalho.

p “Este material tem grande potencial para tornar as células a combustível mais baratas e duráveis, "disse o químico catalítico Yong Wang, que tem uma reunião conjunta com PNNL e WSU. "O trabalho também pode fornecer lições para melhorar o desempenho de outros catalisadores à base de carbono para uma ampla gama de aplicações industriais."

p Óxido de Metal Muscular

p As células de combustível funcionam quebrando quimicamente os gases de oxigênio e hidrogênio para criar uma corrente elétrica, produzindo água e calor no processo. A peça central da célula de combustível é o catalisador químico - geralmente um metal como a platina - colocado em um suporte que geralmente é feito de carbono. Um bom material de suporte espalha a platina uniformemente sobre sua superfície para maximizar a área de superfície com a qual ela pode atacar as moléculas de gás. Também é eletricamente condutor.

p Os desenvolvedores de células de combustível usam mais comumente carbono preto - pense em grafite de lápis - mas os átomos de platina tendem a se aglomerar nesse carbono. Além disso, a água pode degradar o carbono. Outra opção de suporte são os óxidos de metal - pense na ferrugem - mas o que os óxidos de metal compensam na estabilidade e dispersão do catalisador, eles perdem em condutividade e facilidade de síntese. Outros pesquisadores começaram a explorar óxidos de metal em conjunto com materiais de carbono para obter o melhor dos dois mundos.

p Como um suporte de carbono, Liu e seus colegas consideraram o grafeno intrigante. A estrutura em favo de mel do grafeno é porosa, eletricamente condutivo e oferece muito espaço para os átomos de platina funcionarem. Primeiro, a equipe cristalizou nanopartículas do óxido de metal conhecido como óxido de índio e estanho - ou ITO - diretamente em grafeno especialmente tratado. Em seguida, eles adicionaram nanopartículas de platina ao grafeno-ITO e testaram os materiais.

p Peso platina

p A equipe viu os materiais em microscópios de alta resolução no EMSL, Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais do DOE no campus PNNL. As imagens mostraram que sem ITO, átomos de platina acumularam-se na superfície do grafeno. Mas com ITO, a platina espalhou-se bem. Essas imagens também mostraram platina catalítica presa entre as nanopartículas e a superfície de grafeno, com as nanopartículas parcialmente assentadas na platina como um peso de papel.

p Para ver o quão estável era esse arranjo, a equipe realizou cálculos teóricos de interações moleculares entre o grafeno, platina e ITO. Essa análise numérica no supercomputador Chinook da EMSL mostrou que o trio era mais estável do que o óxido de metal sozinho no grafeno ou o catalisador sozinho no grafeno.

p Mas a estabilidade não faz diferença se o catalisador não funcionar. Em testes de quão bem os materiais quebram o oxigênio como fariam em uma célula de combustível, a ameaça tripla empacotou cerca de 40% a mais de um wallop do que o catalisador sozinho em grafeno ou o catalisador sozinho em outros suportes à base de carbono, como carvão ativado.

p Último, a equipe testou o quão bem o novo material resiste ao uso repetido, envelhecendo-o artificialmente. Depois de envelhecer, o material tripartido provou ser três vezes mais durável do que o catalisador solitário no grafeno e duas vezes mais durável do que no carvão ativado comumente usado. Os testes de corrosão revelaram que a ameaça tripla era mais resistente do que os outros materiais testados também.

p A equipe está agora incorporando o material de platina-ITO-grafeno em células de combustível experimentais para determinar quão bem ele funciona em condições do mundo real e quanto tempo dura.