Теперь, альтернативный катализатор без металла для топливных элементов может быть под рукой. В исследовании, опубликованном 15 июля в Центральной Науке ACS, команда химиков из Висконсинского университета в Мадисоне вводит новый подход, который использует молекулярную систему катализатора вместо твердых катализаторов.
Хотя молекулярные катализаторы были исследованы прежде, более ранние примеры были намного менее эффективными, чем традиционный платиновый катализатор.Топливный элемент преобразовывает химическую энергию в электричество, реагируя водород и кислород в двух различных электродах.
Катализатор делает реакцию более эффективной.Профессор химии Висконсинского университета в Мадисоне Шеннон Шталь и ученый лаборатории Джеймс Джеркен взяли вдохновение от предыдущей работы их группы с катализаторами, которые используют кислород в заявлениях на химическую промышленность. Они заметили поразительное сходство между этими аэробными реакциями окисления и кислородной реакцией в топливных элементах и решили видеть, могли ли бы они применить аналогичный подход к топливному элементу.Новый катализатор состоит из смеси молекул, названных окиси азота и nitroxyls.
Эти молекулярные партнеры играют хорошо вместе; каждый реагирует хорошо с электродом, в то время как другой реагирует эффективно с кислородом.«В то время как эта комбинация катализатора использовалась ранее в аэробных окислениях, мы не знали, будет ли это хороший катализатор топливного элемента», говорит Шталь. «Оказывается, что это – самая эффективная молекулярная система катализатора, когда-либо сообщал».Поскольку подход включает химические реакции между газами, жидкости и твердые частицы, перемещающиеся от понятия до демонстрации, не был никакой маленький подвиг.
Джеркен провел месяцы, учась и оптимизируя каждый компонент установки, которую они предположили прежде, чем проверить все в образцовой системе.«Эта работа показывает впервые, что молекулярные катализаторы могут приблизиться к эффективности платины», говорит Джеркен. «И преимущество молекул состоит в том, что Вы можете продолжить изменять их структуру, чтобы подняться далее на гору, чтобы достигнуть еще лучшей эффективности».