Исследователи из США разработали способ получения более чистых наночастиц палладия, позволяющий удвоить их производительность в каталитических реакциях, протекающих в топливных ячейках. Исследователи уверены, что результаты их работы позволят заменить платину палладием в ряде топливных ячеек, увеличивая их экономическую эффективность.
Исследователи разработали способ получения больших активных поверхностей из наночастиц палладия, способных катализировать в топливной ячейке реакции, приводящие к выделению энергии. (Рисунок из JACS, 2009. DOI: 10.1021/ja9004915)
Есть надежда, что топливные ячейки окажутся эффективным решением для создания источников электроэнергии для ноутбуков, мобильных телефонов и даже автомобилей будущего, однако их широкое использование ограничено высокой стоимостью материалов, используемых при их изготовлении.
Самым дорогим компонентом топливной ячейки является металлический катализатор, на котором протекает реакция. В настоящее время в подавляющем большинстве топливных ячеек используют платиновые катализаторы. Палладий дешевле платины примерно в пять раз и обладает сходными каталитическими свойствами, однако, некоторые проблемы с воспроизводимостью каталитических процессов, протекающих на поверхности палладия ограничивают его применение.
Висмадеб Мазумдер (Vismadeb Mazumder) из Университета Брауна, возглавлявший исследования, отмечает, что палладий практически не изучался на предмет использования в качестве катализатора топливных ячеек. Одной из причин такого «игнорирования» он называет то, что большинство методов получения наночастиц палладия приводит к потере каталитических свойств, а металлы-катализаторы в топливных ячейках обычно используются в виде наночастиц, что позволяет увеличить площадь поверхности наночастиц и их эффективность. Дело в том, что обычно при получении палладиевых наночастиц для предотвращения их слипания вводят лиганды, которые с одной стороны стабилизируют наночастицы, а с другой – блокируют их активную поверхность.
Для решения проблемы обеспечения стабильности наночастиц с одновременной доступностью их поверхности Мазумдер использовал олеиламин, который после образования наночастиц нужного размера и закреплении их на носителе может быть удален действием уксусной кислотой, что позволяет получать чрезвычайно чистый катализатор с 40% активной поверхности.
Исследователи изучили свойства новых наночастиц, поместив их в топливную ячейку, производящую энергию за счет окисления муравьиной кислоты до углекислого газа и воды. Частицы оказались в два раза активнее и в четыре раза стабильнее, чем обычные коммерчески доступные наночастицы палладия, что позволяет рассматривать их как реальную альтернативу катализаторам на основе платины.
1. JACS, 2009. DOI: 10.1021/ja9004915
2. ChemPort