Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Overlegen hydrogenkatalysator vokser bare på den måten

Anonim

Bytte ut hver dagspyler med en brennstoffbil kan drastisk redusere karbonavtrykket. Så hvorfor gjør vi ikke alle bryteren "mobile-top-rektangel hidden-md hidden-lg">

annonse


En av grunnene til at vi ikke er den dyre platinakatalysatoren som kreves for å drive hydrogenbrenselceller effektivt.

Forskningen ledet av Sandia National Laboratories og University of California, Merced, tar sikte på å redusere kostnadene ved hydrogenbrenselceller ved å bruke en smuss-billig forbindelse for å skape en ujevn overflate som ligner en plantes blader. Det ekstra området bidrar til å katalysere hydrogen nesten like effektivt som platina.

Lederforskere Stanley Chou, en Sandia materialforsker, og UC Merced's Vincent Tung har søkt om et felles patent for sprøyteprosessen, som bruker billig molybdindisulfid. Det økede overflatearealet av det krusete bladet skaper tre ganger så mange katalytiske kontaktpunkter som andre molybdiddisulfidstrukturer, og den nye skapelsen kan håndtere høyere temperaturer enn platina uten sintring og gumming opp cellen.

Arbeidet er en del av et forsøk på å gi billigere drivstoffvannbiler, ønskelig fordi de gir vann i stedet for karbonmonoksid eller karbondioksid.

Naturen som alliert

Produksjonsmetoden bruker naturen som en alliert snarere enn en hindring, sa Chou. "I tradisjonell tenkning må styrker som tyngdekraften, viskositeten og overflatespenningen overvinnes for å oppnå de fremstilte formene du ønsker. Vi tenkte, i stedet for å tenke disse styrkene som begrensninger, hvorfor ikke bruke dem til å gjøre noe nyttig? Så gjorde vi det. "

Tung sa at metoden bruker naturlige prosesser for å produsere materialer for ekstremt rimelige bensincelleterminaler for å frigjøre hydrogen. "Utskriftsprosessen tillater også fortsatt avsetning, med evne til å skalere for industrien, " sa han.

Laget blandet molybdindisulfid med vann og brukte utskriftsprosessen til å utvise mikronstørrelsesdråper i et lukket område omtrent 2 meter høyt. Da de droppet, ble dråpene først separert i nanoskopiske underenheter. Disse tørket ytterligere etter hvert som de falt, og deres krympende volum produserte en ujevn 3-D overflate som bladene av planter, med små rygger, åser, kanaler, grotter og tunneler. Landing på et underlag og på hverandre var "bladene" fortsatt fuktige nok til å binde seg som om de var festet på kritiske punkter ved små dråper av lim. Således mistet nanostrukturene ikke sin individualitet, men skapte i stedet små tunneler innenfor og mellom dem som tillot ekstraordinær tilgang for atomer av hydrogen for å søke deres frihet fra kjemiske bindinger.

Inspirasjonen til å skape en bioinspirert 3-D-form oppstod fra å studere kutikulasjonsfoldingsprosessen, en mekanisme som brukes av planter for å kontrollere diffusjon og permeabilitet på bladoverflater, sa Chou.

"Vi ser vår katalysator som et uorganisk materiale som virker som en plante. Nanostrukturene, som bladene, varierer i form, med små stigninger og faller, " sa han. "Strukturene tar inn et eksternt materiale for å produsere hydrogen i stedet for oksygen, og en dag kan bli drevet av sollys." Akkurat nå gjør svært lavspennings elektrisitet jobben.

Tviler om styrken av strukturen som er dannet på en så serendipitøs måte, Tung fortalt, ble avgjort da en 170 pund student uvitende trodde på en av de første molybdendisulfid-katalysator-kreasjonene da den ved et uhell falt til gulvet. Noen få hundre nanometer tykk, hvilte det på et centimeter-kvadratisk karbon substrat, men var ellers ubeskyttet. Elektromikroskopisk undersøkelse viste at den lille strukturen var ubeskadiget. Bladene har også vist seg å være langvarige og fortsetter å produsere hydrogen i seks måneder.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av DOE / Sandia National Laboratories . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Yen-Chang Chen, Ang-Yu Lu, Ping Lu, Xiulin Yang, Chang-Ming Jiang, Marina Mariano, Bryan Kaehr, Oliver Lin, André Taylor, Ian D. Sharp, Lain-Jong Li, Stanley S. Chou, Vincent Tung . Strukturelt deformert MoS2 for elektrokemisk stabil, termisk motstandsdyktig og svært effektiv hydrogenutviklingsreaktjon . Avanserte materialer, 2017; 29 (44): 1703863 DOI: 10.1002 / adma.201703863