Et nanopartikelhjerte

Et nanopartikelhjerte

Billede af Dong Su. Udlånt af Brookhaven National Laboratory

Det er nemt for ethanol at forbrænde i en motor ved høje temperaturer, men brændselsceller fungerer ved stuetemperatur. Det er her, nanopartikler som denne hjerteformede, der er en legering af tre metaller – platin, iridium og tin – kommer ind. Grupperet sammen fungerer de som en katalysator i brændselsceller og driver produktionen af ​​energi fra ethanol uden behov. for ekstra varme.

'Dette er en meget speciel type katalysator, som vi bruger til at oxidere ethanol til vand og kuldioxid,' siger Xiaowei Teng , en assisterende professor i kemiteknik ved University of New Hampshire, som står i spidsen for arbejdet med materialet. Processen frigiver elektroner, der kan bruges til at drive biler, mobiltelefoner og andre enheder, der kræver elektricitet.



På billedet ovenfor, som er blevet kunstigt farvet rød, er hver prik et atom af et af de tre elementer. Dong Su, en videnskabsmand ved Brookhaven National Laboratory på Long Island brugte elektronmikroskopi til at afsløre nanopartiklernes struktur. Den usædvanlige hjerteform var ikke tilsigtet, siger Teng, men 'den kan udsætte flere aktive steder for katalytiske reaktioner.'

Platin har længe været brugt som katalysator for mange kemiske reaktioner, men fordi det er meget dyrt, er reduktion af mængden, der bruges i brændselsceller, et aktivt forskningsområde. Teng siger, at kombinationen af ​​andre metaller med platin reducerer mængden af ​​det nødvendige dyre materiale og forbedrer, hvor godt brændselscellen fungerer. Tin kan for eksempel få reaktionen til at gå 10-30 gange hurtigere. Iridium kan i mellemtiden hjælpe med at omdanne ethanolen fuldstændigt til kuldioxid i stedet for eddikesyre, som er mindre effektiv til at producere energi.

Teng ser ethanolbrændselsceller som mere praktiske end den traditionelle idé om at bruge brint til energi. For det første er brint ekstremt brandfarligt, og transport af gassen er farlig. 'Til en vis grad er det en bevægende bombe,' siger Teng. Til sammenligning er ethanol relativt godartet - Tengs gruppe oxiderer opløsninger, der ligger i intervallet 5-40 procent ethanol, hvilket i bund og grund er som at arbejde med øl eller whisky. Plus, tankstationer blander ethanol - et biobrændstof lavet af majs og andre plantematerialer - i deres pumper, så infrastrukturen er der allerede.

Arbejdet med brændselscellen er stadig i de tidlige stadier. Effektiviteten er lav - Tengs team er i stand til at omdanne højst 10-15 procent af ethanol til kuldioxid, og resten ender som eddikesyre. Men ved at fortsætte med at finjustere legeringen og ved at lære mere om, hvordan dens struktur påvirker dens funktion, håber han at maksimere mængden af ​​energi, han kan få ud af de 2-3 nanometer store partikler. Uanset hvad, lægger han sit hjerte i det.