В недавно опубликованной в Scientific Reports статье о потенциальной прорывной технологии для топливных элементов показано, как обертывание графеновой подложки специально подготовленным полимером обеспечивает идеальную основу для создания однородных высокоактивных катализаторов из наночастиц золота.
Топливные элементы производят электричество непосредственно за счет отдельного окисления топлива и восстановления кислорода. Единственным побочным продуктом этого процесса является вода, поскольку топливные элементы не производят парниковых газов и широко рассматриваются как необходимые для будущего экологически чистой энергии.
Однако скорость, с которой электричество может производиться в топливных элементах, ограничена, особенно реакцией восстановления кислорода (ORR), которая должна катализироваться в практических приложениях. Хотя существующие катализаторы на основе платины ускоряют реакцию, их бесполезная склонность также катализировать другие реакции и их чувствительность к отравлению реагентами ограничивают их общую полезность. Несмотря на то, что объемное золото химически инертно, наночастицы золота неожиданно эффективны при катализе реакции восстановления кислорода без недостатков, связанных с их платиновыми аналогами.
Тем не менее, создание катализаторов с золотыми наночастицами одинакового размера оказалось проблематичным.
Предыдущие методы производства производили катализаторы с размерами наночастиц, которые были слишком большими или слишком широко распространенными для практического использования. Между тем, усилия по регулированию размера частиц, как правило, ограничивают активность золота или делают катализаторы менее стабильными.
«Создание маленьких, хорошо контролируемых частиц означало, что нам нужно было сосредоточиться на зародышеобразовании и росте частиц», — говорит ведущий автор и корреспондент Цуёхико Фудзигая. «Обернув носитель полимером полибензимидазола, который мы успешно разработали с платиной, мы создали намного лучшую среду носителя для наночастиц золота."
Команда также проверила эффективность этих новых каталитических структур. Их катализаторы имели самый низкий перенапряжение, о котором когда-либо сообщалось для этого типа реакции. «Перенапряжение немного похоже на размер искры, необходимой для разжигания огня», — говорит соавтор Наотоши Накашима. «Хотя мы, очевидно, довольны однородностью катализаторов, результаты производительности показывают, что это действительно может быть шагом вперед для реакции ORR и, возможно, топливных элементов."
Статья «Рост и осаждение нанокластеров Au на графене с полимерной оболочкой и их активность по восстановлению кислорода» опубликована в журнале Scientific Reports.