نانوکاتالیست حاوی طلا واکنش‌ پیل سوختی را بهبود می‌دهد

شیمیدانان در دانشگاه براون یک نانوذره فلزی سه‌گانه ساخته‌اند که در مقایسه با همه کاتالیست‌های نانوذره‌ای که تاکنون مطالعه شده‌اند، در واکنش‌های پیل سوختی عملکرد بهتر و دوام بیشتری دارد. نکته کلیدی، افزودن طلا است که منجر به ساختار بلوری یکنواخت‌تر می‌شود و مونواکسید کربن را از واکنش حذف می‌کند.

 شیمیدانان در دانشگاه براون یک
نانوذره فلزی سه‌گانه ساخته‌اند که در مقایسه با همه کاتالیست‌های
نانوذره‌ای که تاکنون مطالعه شده‌اند، در واکنش‌های پیل سوختی عملکرد بهتر
و دوام بیشتری دارد. نکته کلیدی، افزودن طلا است که منجر به ساختار بلوری
یکنواخت‌تر می‌شود و مونواکسید کربن را از واکنش حذف می‌کند.

یکی از محدودیت‌های مهم فناوری پیل سوختی، کاتالیست آن است. عیب پلاتین
(علاوه بر هزینه بالا) این است که مونواکسید کربن در واکنش‌های پیل‌های
سوختی که بوسیله مواد آلی شبیه اسید فرمیک توان می‌گیرند، را جذب می‌کند.
اکنون محققان دانشگاه براون نانوکاتالیستی ساخته‌اند که ادعا می‌کنند که در
مقایسه با همه دیگر کاتالیست‌ها در واکنش‌های پیل سوختی اسید فرمیک، بهترین
عملکرد را دارد. آنها می‌گویند که نانوذره آهن- پلاتین- طلای (FePtAu) 4
نانومتری‌شان از دیگر کاتالیست‌های نانوذره‌ای بررسی‌شده، جریان بالاتری بر
واحد جرم، تولید می‌کند. بعلاوه این نانوذره سه فلزی بعد از 13 ساعت از
شروع واکنش هنوز بخوبی عمل می‌کرد.

 

 
اتم‌های طلا مکان‌های منظمی برای اتم‌های آهن و پلاتین ایجاد می‌کنند و
مونواکسید کربن را از واکنش‌های پیل سوختی حذف می‌کنند.
 
طلا نقش کلیدی در این واکنش بازی می‌کند.
اولا، بعنوان سازمان‌دهنده نظم ‌و ترتیب عمل می‌کند که منجر به لایه‌های
یکنواخت از اتم‌های آهن و پلاتین در این نانوذرات می‌شود. سپس اتم‌های طلا
خارج‌شده و به سطح بیرونی این آرایش نانوذره‌ای متصل می‌شوند. طلا در
نظم‌دهی اتم‌های آهن و طلا مؤثر است، زیرا اتم‌های طلا در ابتدا فضای اضافی
داخل کره نانوذره‌ای ایجاد می‌کنند. هنگامی که اتم‌های طلا در نتیجه
گرم‌شدن، به سطح نفوذ می‌کنند، اتم‌های آهن و پلاتین برای آرایش خودشان
فضای بیشتری پیدا می‌کنند.

طلا همچنین با کاتالیز اکسیداسیون مونواکسید کربن، آن را از واکنش حذف
می‌کند. مونواکسید کربن، علاوه بر خطری که برای تنفس دارد، به خوبی با
اتم‌های آهن و پلاتین پیوند داده و عملکرد کاتالیستی آنها را کاهش می‌دهد.
طلا با زدودن آن از این واکنش، عملکرد کاتالیست آهن- پلاتین را بهبود
می‌دهد.

در آزمایش‌ها، این نانوکاتالیست FePtAu به فعالیت حدود 2810 میلی‌آمپر بر
میلی‌گرم پلاتین (فعالیت- جرمی، یا جریان تولید شده بر هر میلی‌گرم از
پلاتین) رسید که در بین همه کاتالیست‌های نانوذره‌ای که تاکنون گزارش
شده‌اند، بالاترین است. بعد از 13 ساعت فعالیت جرمی آن به 2600 میلی‌آمپر
بر میلی‌گرم پلاتین رسید که 93 درصد مقدار اولیه‌اش است.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Journal of the
American Chemical Society منتشر کرده‌اند.