Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Hemmeligheter i det gamle Egypt kan skape bedre brenselceller til morgendagens biler

Anonim

For å gjøre dagens dagens brenselceller billigere og kraftigere, har et team ledet av John Hopkins kjemiske ingeniører trukket inspirasjon fra den gamle egyptiske tradisjonen for forgylling.

annonse


Egyptens kunstnere på tidspunktet for kong Tutankhamun dekket ofte billigere metaller (for eksempel kobber) med et tynt lag av et skinnende edelt metall som gull for å skape ekstravagante masker og smykker. I en moderne vridning har Johns Hopkins-ledede forskere søkt et lite belegg av kostbart platina, bare ett nanometer tykt - omtrent 1/100 000 t diameteren av et menneskehår - til en kjerne av mye billigere kobolt. Dette mikroskopiske ekteskapet kan bli en avgjørende katalysator i nye brenselceller som genererer elektrisk strøm for å drive biler og andre maskiner.

Den nye brenselcelleutformingen ville spare penger fordi det ville kreve langt mindre platina, et svært sjeldent og dyrt metall som vanligvis brukes som katalysator i dagens brenselcelle elektriske biler. Forskerne, som publiserte sitt arbeid tidligere i år i Nano Letters, sier at ved å gjøre elektriske biler rimeligere, kan denne innovasjonen dempe utslipp av karbondioksid og andre forurensende stoffer fra bensin- eller dieseldrevne kjøretøyer.

"Denne teknikken kan akselerere vår lansering ut av fossilt brensel æra, " sa Chao Wang, en Johns Hopkins assisterende professor i kjemisk og biomolekylær prosjektering og senior forfatter av studien. "Det vil ikke bare redusere kostnadene for brenselceller. Det vil også forbedre energieffektiviteten og effekten av rene elektriske kjøretøy drevet av hydrogen."

I sin artikkel tippede forfatterne sine hatter til de gamle egyptiske håndverkere som brukte en lignende plating teknikk for å gi kobber masker og andre metalliske kunstverk et glatt sluttlag av sølv eller gull. "Ideen, " sa Wang, "å sette en liten bit av den dyrebare skatten på toppen av de billige greiene."

Han påpekte at platina, ofte brukt i smykker, også er et kritisk materiale i moderne industri. Det katalyserer essensielle reaksjoner i aktiviteter som spenner fra petroleumsforedling og petrokjemisk syntese til utslippskontroll i forbrenningsbiler, samt bruk i brenselceller. Men, sa han, platinens høye kostnader og begrenset tilgjengelighet har gjort sin bruk i rene energiteknologier stort sett upraktisk - inntil nå.

"Det er mye mer kobolt der ute enn platina, " sa lederforfatter og Johns Hopkins postdoktorand Lei Wang (ikke relatert til Chao Wang). "Vi har klart å strekke fordelene ved platina ved å belegge den over kobolt, og vi klarte selv å forbedre platinaaktiviteten samtidig."

Tidligere forsøk på å plate edle metaller på ikke-verdifulle materialer ble i stor grad stymied av galvaniske utskiftningsreaksjoner - oksidasjon av det ikke-edle metaller. I denne studien undertrykte teamet slike reaksjoner vellykket ved å introdusere karbonmonoksid, et gassmolekyl som sterkt binder til kobolt, som beskytter mot oksidasjon.

Ikke bare gjorde kobolt-platina nanopartikler redusert bruken av platina; de utførte nesten 10 ganger bedre enn platina alene. Forskerne sa at denne forbedrede katalytiske aktiviteten skyldtes både den maksimale eksponeringen av platinatomer på overflaten og fra samspillet mellom de to metaller. "Den intime kontakten mellom kobolt og platina gir opphav til trykkstamme, " sa Lei Wang. "Det forkorter avstanden mellom platinatomer og gjør de kjemiske reaksjonene mer gjennomførbare på overflaten."

Fordi platina og andre sjeldne metaller spiller nøkkelrolle i mange industrielle applikasjoner, går konsekvensene av dette arbeidet utover brenselceller. For tiden jobber teamet med å tilpasse sin teknikk til andre edle metaller og ikke-verdifulle underlag. Nye utviklinger vil målrette videre anvendelse av slike materialer ved kjemiske omdannelser av hydrokarboner.

"Mange reaksjoner som avhenger av katalysatorer av edelt metall kan bli gjort billigere og mer effektive ved å utnytte vår teknologi, " sa Chao Wang. "På en tid da vi blir smertefullt oppmerksomme på grensene for våre ikke-fornybare energikilder og materialer, viser denne teknikken oss i en veldig velkommen ny retning."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Johns Hopkins University . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Lei Wang, Zhenhua Zeng, Cheng Ma, Yifan Liu, Michael Giroux, Miaofang Chi, Jian Jin, Jeffrey Greeley, Chao Wang. Plating Precious Metals på Nonrecordable Metal Nanopartikler for bærekraftig elektrokatalysatorer . Nano Letters, 2017; 17 (6): 3391 DOI: 10, 1021 / acs.nanolett.7b00046