2019-05-15 21:37:01
经济地应用贵金属催化剂

波鸿鲁尔大学和柏林弗里茨哈伯研究所的研究人员开发出一种新方法,用于保存稀有和昂贵的催化剂并谨慎使用。它们将贵金属盐包裹在微小的胶束中,并将它们撞击碳电极,从而在表面涂覆胶束中含有的贵金属纳米颗粒。与此同时,该团队精确分析了沉积了多少金属。研究人员随后表明,以这种方式涂覆的电极可以有效地催化氧气还原,这是燃料电池中的限制性化学过程。

由波鸿电子化学和纳米材料研究小组的Kristina Tschulik教授和Mathies Evers领导的团队描述了Angewandte Chemie期刊的过程,该期刊于2019年4月11日在线发布。

生产相同大小的颗粒

该研究小组在胶束的帮助下生产了金纳米粒子。颗粒最初由前体物质氯金酸组成,其包裹在外部聚合物壳中。好处:“当我们使用胶束生产金纳米粒子时,纳米粒子的大小几乎相同,”卓越集群Ruhr Explores Solvation(Resolv)的首席研究员Kristina Tschulik说。仅产生一定量的前体材料,其中产生一定尺寸的单个颗粒,适合于小胶束内部。 “由于不同尺寸的颗粒具有不同的催化性能,重要的是通过胶束的负载量来控制颗粒尺寸,”Tschulik补充道。

均匀涂层,即使在复杂的表面上也是如此

为了涂覆圆柱形电极,研究人员将其浸入含有负载胶束的溶液中并向电极施加电压。胶束在溶液中的随机运动导致它们随时间撞击电极表面。

在那里,外壳爆裂并且来自氯金酸的金离子反应形成元素金,其作为均匀的纳米颗粒层粘附到电极表面。 “只有平面基板可以使用标准方法均匀涂覆纳米颗粒,”Tschulik解释说。 “我们的工艺意味着即使是复杂的表面也可以均匀地加载催化剂。”

分离量精确可控

当来自氯金酸的金离子反应形成元素金时,电子流动。通过测量产生的电流,化学家可以准确地确定用于涂覆电极的材料的数量。同时,该方法记录每个粒子的影响及其大小。

研究人员成功测试了使用新工艺涂覆的电极的氧还原反应。它们实现了与没有外壳的裸金纳米颗粒一样高的活性。由于表面涂层均匀,它们的反应速率几乎与完全被金和固体金电极覆盖的电极一样高,覆盖率仅为11%。

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