Используя смесь золотых, медных и платиновых атомов, учёные из Института биоинжиниринга и нанотехнологий (Сингапур) разработали более «мощный» и способный дольше функционировать материал катализатора для топливных ячеек.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Energy and Environmental Science.

Топливные ячейки давно и упорно рассматриваются в качестве многообещающей технологии, способной превратить альтернативную энергетику в реальность. В нынешней работе речь идёт об использовании топливных элементов в качестве источника тока для автотранспорта, военных летательных аппаратов, а также различных устройств и оборудования. Топливные ячейки, конвертирующие химическую энергию окисления водорода кислородом в электрическую, способны непрерывно производить электричество, пока не иссякнет ресурс.

Производимые сегодня ТЭ в качестве катализатора для ускорения химической реакции применяют платиновые наночастицы, поскольку только платина, по сути, способна противостоять высокой кислотности среды внутри ячейки. Оборотная сторона этой медали — слишком высокая цена таких источников тока, что мешает их распространению.

Новый нанокомпозитный материал, который состоит из сплава золота и меди, покрытого атомами платины (иллюстрация IBN).

Сингапурцы подошли к решению проблемы с настоящим огоньком. Они установили, что, если заменить атомы платины внутри объёма наночастицы на атомы золота и меди (сплав золота и меди), оставив платиновые атомы только в качестве наружного слоя, то каталитическая эффективность композитного материала возрастёт в пять раз по сравнению с обычным платиновым катализатором. И это, по их словам, ещё не предел.

Новый чудо-материал способен производить 0,571 А/мг платины в сравнении с 0,109 А/мг платины для обычного цельноплатинового катализатора. Причём возросла не только каталитическая активность материала катализатора, но и его стабильность, что тоже наблюдается впервые.

Выбор сплава золота и меди был связан не только и не столько с экономическими соображениями, сколько с физико-химическими данными. Дело в том, что такой сплав характеризуется меньшим межатомным расстоянием в кристаллической решётке по сравнению с платиной, создавая дополнительное компрессионное напряжение среди атомов платины, образующих поверхностный слой, что приводит к увеличению реакционной способности этого металла при восстановлении кислорода.

Ну и, конечно, стоит новый катализатор значительно дешевле традиционного.