Nowy zastępca platyny w katalizatorach

kryształy platyny

Katalizatory oparte na nanorurkach węglowych mają zastąpić tradycyjne wyposażone w drogie stopy platyny katalizatory znajdujące się w samochodach z napędem elektrycznym.

Koreańscy naukowcy z  Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) zainpirowani biologią, opracowali  kompozytowy elektrokatalizator na bazie nanorurek węglowych.

Praca naukowa została opublikowana 25 czerwca 2013, w czasopiśmie Nature Communications. Tytuł artykułu to Promotion of Oxygen reduction by a bio-inspired tethered iron phthalocyanine carbon nanotube-based catalyst.

Katalizator składa się z ftalocyjaniny żelaza z osiowo zakotwiczonym ligandem na nanorurkach węglowych o pojedynczej ściance (SWNT). Wykazuje on wyższą aktywność elektrokatalitycznej redukcji tlenu niż katalizatory platynowe, a także posiada wyjątkową odporność na działanie środowisk alkalicznych.

Elektrokatalizator jest używany w procesie elektrolizy do przyspieszenia rozkładu cząsteczek wody na wodór i tlen pod wpływem napięcia elektrycznego. Aby reakcja była efektywna, musi on spełniać kilka warunków: duża wytrzymałość i aktywność katalityczna oraz duża powierzchnia aktywna. Elektrokatalizatory do redukcji tlenu to ważne elementy, które mogą znacznie zwiększyć wydajność ogniw paliwowych i baterii metalowo-powietrznych używanych w samochodach z napędem elektrycznym.

Obecnie platyna i jej stopy są znane jako najbardziej wydajne katalizatory, jednakże ich stosowanie jest ograniczone ze względu na ich wysokie koszty i rezerwy rzadkich pierwiastków. Platyna kosztuje  obecnie około 50 tys. dolarów za kilogram.

Nanorurki węglowe posiadają pirydynowe grupy funkcyjne, które wiążą cząsteczki FePc i zapewniają osiowe ułożenie liganda do środka żelaza. W tym samym czasie nanorurki umożliwiają łatwą i szybką drogę dla transportu elektronu z kolektora prądu do miejsc aktywnych.

Otrzymany materiał  FePc-Py-CNTs wykazuje wyjątkową trwałość i elektrokatalitycznej aktywność w alkalicznym środowisku, oferuje lepszą wydajność niż typowe katalizatory Pt/C.  Katalizator osiągnął też znacznie dłuższą żywotność – ponad 1000 cykli w badaniu trwałości.

W badaniach brali udział Ruiguo Cao, Ranjit Thapa, Hyejung Kim, Xioadong Xu i  Noejung Park z UNIST oraz naukowcy z Pohang Accelerator Laboratory (PAL), Loa Alamos National Laboratory and Georgia Institute of Technology.

Źródło:
[1] Promotion of oxygen reduction by a bio-inspired tethered iron phthalocyanine carbon nanotube-based catalyst. Ruiguo Cao, Ranjit Thapa, Hyejung Kim, Xiaodong Xu, Min Gyu Kim, Qing Li,Noejung Park, Meilin Liu & Jaephil Cho. Nature Communications 4, Article number: 2076 doi:10.1038/ncomms3076
[2] http://www.unist.ac.kr/board/view.sko?menuCd=AB07002001000&boardId=Notice&dataSid=1844575 | 03.07.2013
[3] Platinum crystals by Periodictableru, Wikimedia Commons, CC-BY-3.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *