دانشمندان مواد دانشگاه واشنگتن در سنت‌لوئیس، اقدام به تولید نوعی کاتالیزور دوفلزی برای پیل‌های سوختی کرده‌اند که بسیار کارامد و قوی بوده، دو تا پنج برابر مؤثرتر از کاتالیزورهای تجاری موجود است. این روش در نهایت به یک فناوری مقرون‌به‌صرفه‌ی پیل سوختی منجر می‌شود که سال‌ها انتظار آن می‌رفت.
کاتالیزوهای جدید برای پیل‌های سوختی
دکتر Youan Xia و پروفسور McKelvey (استاد مهندسی بیومواد دانشگاه واشنگتن)، سرپرستی گروهی از محققان را که بر روی این کاتالیست‌ها کار می‌کنند، به عهده دارد. این کاتالیزور از یک هسته‌ی پالادیوم تشکیل شده که با شاخه‌های حجیم و درخت‌سان پلاتینیوم احاطه شده‌است. ابعاد هسته‌ی کاتالیزور حدود ۹ نانومتر و طول شاخه‌های پلاتینیومی آن حدود ۷ نانومتر است. این کاتالیزور به روش احیای مرحله‌به‌مرحله‌ی پیش‌ماده به پالادیوم و پلاتینیوم ـ که به کمک L- اسید اسکوربیک (ویتامینC ) اتفاق می‌فاتد ـ در یک محلول آبی سنتز می‌شود و دارای مساحت سطحی بالا، و بسیار مستحکم و پایدار است.
محققان عملکرد کاتالیزور در فرایند احیای اکسیژن را از طریق تعیین مقدار جریان تولیدشده در این سیستم الکتروشیمیایی آزمایش کردند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که فعالیت کاتالیزور دوفلزی که در دمای معمولی سنتز شده‌است، ۵/۲ برابر کاتالیزور تک‌فلزی پلاتینیوم و ۵ برابر کاتالیزورهای مرسوم دیگر است.
دو روش برای ساخت یک کاتالیزور مؤثرتر وجود دارد: یکی کنترل اندازه و کوچک‌تر کردن آن است که منجر به افزایش سطح ویژه‌ی کاتالیزور در واحد جرم می‌شود و دیگری تغییر آرایش اتم‌ها در سطح کاتالیزور است که در این کار پژوهشی هر دو روش انجام شدند.
محققان از بین دو آرایش مربعی و هگزاگونال، آرایش هگزاگونال را برای اتم‌های سطحی برگزیدند؛ زیرا تحقیقات نشان داده‌اند که اثر آن در واکنش احیای اکسیژن دو برابر آرایش مربعی است.
کنترل رشد هسته‌ی کاتالیزور در حین سنتز، این امکان را فراهم می‌کند تا شکل و ترکیب نانوساختار فلزی ایجادشده در محلول را کنترل و از ایجاد اشکال غیر مرسوم جلوگیری کنیم.
یکی از مشکلات نانوکاتالیست‌ها تمایل آنها برای چسبیدن به هم است که باعث کاهش سطح مؤثر آنها می‌شود. در این مطالعه این مشکل با ثابت نگه داشتن شاخه‌های پلاتینیومی حل شده‌است؛ زیرا شاخه‌های پلاتینیوم کمپلکس به دست‌آمده بدون حرکت بوده و آرایش اتم‌های آن نیز حفظ می‌شود که این امر به پایداری آن کمک می‌کند.
اعضای این گروه پژوهشی هم‌اکنون در حال بررسی امکان افزودن یک فلز بی‌اثر دیگر مانند طلا و ساخت کاتالیزورهای سه‌فلزی هستند. طلا توانایی اکسید کردن منوکسید کربن به دی‌اکسید کربن را دارد، همچنین می‌تواند باعث پایداری بیشتر کاتالیست و کنترل بهتر فرایند شود.
دکتر Xia و همکارانش نتایج کار خود را در مجله‌ی Science منتشر کردند.
