Под руководством профессора химии Эндрю Гевирта, исследователи опубликовали свою работу в журнале Nature Communications.Катализаторы на основе железа для восстановления кислорода представляют собой обширную недорогую альтернативу катализаторам, содержащим драгоценные металлы, которые дороги и могут разрушаться.
Однако процесс изготовления железосодержащих катализаторов дает смесь различных соединений, содержащих железо, азот и углерод. Поскольку различные соединения трудно разделить, какая именно форма или формы ведут себя как активный катализатор, остается загадкой для исследователей.
Это затрудняет очистку или улучшение катализатора.«Раньше мы не знали, из чего сделаны эти катализаторы, потому что внутри них было много разных вещей», — сказал Гевирт. «Теперь мы сузили его до одного компонента. Поскольку мы знаем, как он выглядит, мы можем изменить его и работать над его улучшением».
Исследователи использовали обработку газообразным хлором для выборочного удаления из смеси частиц, которые не были активными для восстановления кислорода, очищая смесь до тех пор, пока не остался один тип частиц: инкапсулированная углеродом наночастица железа.«У нас остались только наночастицы, заключенные в углеродную подложку, и это позволяет им быть более стабильными», — сказал Джейсон Варнелл, аспирант и первый автор статьи. «Железо окисляется и корродирует само по себе. Чтобы сделать его стабильным в условиях топливных элементов, вокруг него должен быть углерод».
Исследователи надеются, что сужение активной формы катализатора может открыть новые возможности для создания более чистых форм активного катализатора или для настройки состава, чтобы сделать его еще более активным.«Каков оптимальный размер? Какая оптимальная плотность? Какой оптимальный материал покрытия?
Теперь мы можем ответить на эти вопросы», — сказал Гевирт. «Мы пробуем альтернативные методы синтеза активного катализатора и изготовления многокомпонентных наночастиц с определенным количеством различных металлов. Раньше люди добавляли немного соли металла в трубчатую печь, например, для приготовления пищи — понемногу этого, немного того.
Но теперь мы знаем, что нам также нужно делать что-то при разных температурах, чтобы добавить в него другие металлы. Это дает нам возможность сделать его более активным катализатором ».В конечном итоге исследователи надеются, что улучшенная функция катализатора и технологичность приведут к созданию более эффективных топливных элементов, что может сделать их полезными для транспортных средств или других энергоемких приложений.
«Теперь мы лучше понимаем реактивность», — сказал Варнелл. «Это может привести к созданию более жизнеспособных альтернатив катализаторам из драгоценных металлов».