Придуман метод получать наночастицы платины и графена за один синтез

Международная группа учёных представила новый способ получения наночастиц металлической платины на графене. Метод лучше масштабируется за счёт одновременного получения и графена, и наночастиц. Полученное с его помощью покрытие получается более устойчивым. Исследование опубликовано в журнале Nanoscale.

Создание и улучшение так называемых топливных элементов, в том числе водородных, — одно из направлений развития альтернативной энергетики. Интересно оно тем, что в основе работы лежит не привычное нам горение топлива, а протекание в них электрохимических реакций.

Водородные топливные элементы чем-то похожи на батарейки. Есть два электрода — катод и анод, между ними — твёрдый электролит. К аноду подводится газ водород, молекулы которого теряют электроны (окисляются). В это время к катоду подводится кислород, молекулы которого, напротив, приобретают электроны (восстанавливаются). Суммарно протекает окислительно-восстановительная химическая реакция, энергия которой и преобразуется в электрическую энергию.

Звучит просто, но есть проблема — протекающие на электродах полуреакции требуют присутствия катализатора. Как правило используют платину или сплавы на её основе. Причём для оптимальной работы платина на электроде должна иметь большую удельную поверхность, в идеале — присутствовать в виде наночастиц размером в 2 нм на пористой подложке. Наночастицы, однако, сами по себе неустойчивы и в процессе эксплуатации электродов быстро деградируют. Поэтому к проблеме получения наночастиц на пористых подложках добавляется проблема увеличения их устойчивости.

Графен — удобная пористая подложка для наночастиц платины. Однако в промышленных масштабах получать его применяемыми в исследованиях методами невозможно. К тому же результаты стресс-тестов различных получаемых композиций далеки от желаемых из-за дефектной структуры такого графена.

В своей работе исследователи представляют новый удобный и масштабируемый способ получения наночастиц платины на графене высокого качества. Суть метода заключается в восстановлении частиц хлорида платины (II) PtCl2 раствором соединений включения графита. Авторы используют соединение KC24(NH3)1.3, получаемое взаимодействием металлического калия и графита в жидком аммиаке. Это вещество — соединение включения графита. Положительно заряженные ионы калия в нём расположены между отдельными отрицательно заряженными слоями атомов углерода — графена. По этой причине подобные соединения называют также графенидами.

Такой графенид — сильный восстановитель. Взаимодействие растворов полученного соединения и хлорида платины (II) в тетрагидрофуране приводит к восстановлению платины до металлической. Образующиеся наночастицы платины располагаются на поверхности графита, формируя необходимую для электрода композицию. Результаты просвечивающей электронной микроскопии (TEM) показали однородное распределение наночастиц платины оптимального размера (около 2 нм) на поверхности графита.

Полученную композицию исследователи сравнивали с коммерческим катализатором Pt/C (платина на углероде). Электрохимические методы исследования показали, что полученный катализатор по своим каталитическим свойствам не уступает коммерческому. Более того, исследуемая композиция отличается лучшей устойчивостью, показывая меньшее падение эффективности в стресс-тестах.

Открытие ученых применимо не только к платиновым наночастицам. Представленный метод синтеза в будущем может быть применён также и для других электрохимических устройств, создание которых сопряжено с получением металлических наночастиц на графене.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: