Unik katalysator för bränsleceller tillverkas i vanlig mikrov?gsugn

Svenska och kinesiska forskare visar hur en unik legering best?ende av nanopartiklar av wolfram med inbäddade nanometerstora öar av palladium ger en ny typ av katalysator som är högeffektiv för syrereduktion, den viktigaste reaktionen i vätgasbränsleceller. Deras resultat publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
Figurtext: En schematisk modell som visar den unika sammansättningen av legeringen. Pd-öarna (ljusbruna sfärer) är inbäddade i en omgivning av wolfram (bl? sfärer). Syreatomer representeras av röda sfärer och väteatomer av vita sfärer.

Världens behov av energi växer stadigt, men ett h?llbart samhälle kräver en omställning fr?n dagens fossilbaserade r?varor. Forskargrupper världen över jobbar intensivt med att utveckla avancerade energisystem som är effektiva, billiga och samtidigt ger en liten miljöp?verkan.
Vätgasbränsleceller är en lovande teknik för h?llbar energiproduktion, där den enda restprodukten är vatten. Traditionella bränsleceller är emellertid beroende av effektiva katalysatorer för att driva de l?ngsamma kemiska reaktionerna som äger rum vid bränslecellernas katod och anod. Platina och andra ädelmetaller samt dess legeringar är de vanligast använda katalysatorerna, men p? grund av deras mycket höga priser söker forskare intensivt efter katalysatorer som i stället baseras p? vanligt förekommande grundämnen, s?som wolfram och nickel.
I en ny studie presenterar Ume?fysikern Thomas W?gberg tillsammans med kinesiska kollegor en unik legering med palladium (Pd) och wolfram (W).
? Trots att palladiumet bara utgör 12 procent av legeringen har den en likvärdig effektivitet som en katalysator av ren platina. Räknar vi p? kostnaden, s? innebär det att v?r katalysator är 40 g?nger billigare än en kommersiell, berättar Thomas W?gberg, docent p? institutionen för fysik vid Ume? universitet.
Förklaringen till den höga effektiviteten är den unika sammansättningen av legeringen. Den är inte en homogen legering men heller inte att fasseparerat tv?fassystem, snarare n?got mitt emellan.
Genom en rad avancerade experimentella tekniker och teoretiska beräkningar, visar forskarna att legeringen är uppbyggd av sm? metalliska öar av palladium inbäddade i Pd-W-legeringen. Storleken p? öarna är cirka en nanometer och best?r av 10-20 Pd-atomer som är lokaliserade vid ytan. Deras unika omgivning ger upphov till speciella effekter som innebär att öarna fungerar som högeffektiva katalytiska centra för syrereduktion.
För att stabilisera nanopartiklarna i verkliga tillämpningar är de förankrade i en speciell kolnanostruktur som benämns ?ordered mesoporous carbon?. Det är ett ledande kolmaterial med stor yta per volymsenhet. Fästet hindrar att nanopartiklarna lossnar eller klumpar ihop sig under bränslecellstesterna.
? Framställningen av materialet baseras p? en syntesmetod som kan utföras i en vanlig mikrov?gsugn köpt p? den lokala stormarknaden. Om vi inte skulle behöva använda en skyddsgas av argon, s? skulle jag kunna tillverka den här avancerade katalysatorn hemma i mitt eget kök!, säger Thomas W?gberg.
W?gberg och hans forskarkollegor har nyligen beviljats anslag fr?n Kempestiftelserna för att köpa en mer avancerad mikrov?gsugn och f?r därigenom möjlighet att köra mer avancerade experiment för att vidareförädla katalysatorns egenskaper.
Artificiell fotosyntes
Studien har utförts inom forskningsmiljön Artificiell fotosyntes ? Det konstgjorda lövet ? som stöds av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Fysiker, kemister och växtforskare vid Ume? Universitet jobbar tillsammans för att framställa rena, miljövänliga energisystem.
Originalartikel:
Guangzhi Hu, Florian Nitze, Eduardo Gracia-Espino, Jingyuan Ma, Hamid Reza Barzegar, Tiva Sharifi, Xueen Jia,Andrey Shchukarev, Lu Lu, Chuansheng Ma, Guang Yang, and Thomas W?gberg: Small palladium islands embedded in palladium-tungsten bimetallic nanoparticles form catalytic hot-spots for oxygen reduction. Nature Communications, 2014 (5). DOI:10.1038/NCOMMS6253. http://www.nature.com/ncomms/2014/141013/ncomms6253/full/ncomms6253.htmlhttp://www.nature.com/naturecommunications.
For mer information, kontakta gärna:
Thomas W?gberg, institutionen för fysik vid Ume? universitet
Telefon: 072-715 59 93
E-post: [email protected]
Pressfoto för nedladdning. Foto: Mattias Pettersson

Ume? universitet
Ume? universitet är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 32 000 studenter och 4300 anställda. Här finns internationellt väletablerad forskning och en stor m?ngfald av utbildningar. V?rt campus utgör en inspirerande miljö som inbjuder till gränsöverskridande möten ? mellan studenter, forskare, lärare och externa parter. Genom samverkan med andra samhällsaktörer bidrar vi till utveckling och stärker kvaliteten i forskning och utbildning.1000Skicka som e-post
Share this

Authors

Related posts

Top