Tối ưu hóa hiệu quả của bạch kim trong pin nhiên liệu

Trong Tạp chí Science, các nhà hóa học của Phòng Thí nghiệm quốc gia Argonne- Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã xác định được một chất xúc tác mới giúp tối đa hóa hiệu quả của bạch kim (platinum).

Nổi tiếng trong cộng đồng pin nhiên liệu vì hiệu quả của nó trong việc chuyển đổi hydro và oxy thành nước và điện, bạch kim mang đến hoạt động vô song và ổn định cho các phản ứng điện hóa.

Song bạch kim vừa khan hiếm vừa đắt tiền nên các nhà khoa học đang tìm cách tạo ra các chất xúc tác pin nhiên liệu thực tế sử dụng ít hơn rất nhiều kim loại quý đắt tiền này.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã xác định được một chất xúc tác mới chỉ sử dụng khoảng 1/4 bạch kim như công nghệ hiện tại bằng cách tối đa hóa hiệu quả của bạch kim có sẵn.

Trong pin nhiên liệu, bạch kim được sử dụng theo 2 cách- chuyển đổi hydro thành proton và electron, phá vỡ liên kết oxy và cuối cùng tạo thành nước.

Phản ứng thứ 2: phản ứng khử oxy, đòi hỏi một lượng bạch kim đặc biệt lớn nên các nhà khoa học đã tìm cách giảm hàm lượng bạch kim trong các chất xúc tác khử oxy.

Đầu tiên, họ tinh chỉnh hình dạng của bạch kim để tối đa hóa tính khả dụng và khả năng phản ứng của nó trong chất xúc tác.

Trong cấu hình này, một vài lớp nguyên tử bạch kim nguyên chất bao phủ lõi hạt hợp kim coban-platinum để tạo thành cấu trúc vỏ lõi.

Tiếp đến, họ tạo ra chất nền có hoạt tính xúc tác kim loại (không chứa PGM) làm chất hỗ trợ cho các hạt nano hợp kim coban- platinum.

Sử dụng khung kim loại hữu cơ làm tiền chất, các nhà khoa học có thể điều chế chất nền hỗn hợp coban-nitơ-carbon, trong đó các trung tâm hoạt động xúc tác được phân bố đồng đều gần các hạt coban- platinum.

Các trung tâm hoạt động như vậy có khả năng tự phá vỡ các liên kết oxy và hoạt động hiệp đồng với bạch kim.

“Bạn có thể nghĩ nó giống như một đội bóng đá phân tử. Các hạt nano vỏ lõi hoạt động giống như các lớp phòng thủ mỏng trải đều trên khắp sân, cố gắng xử lý thật nhiều phân tử oxy cùng một lúc. Điều chúng tôi đã làm là làm cho “sân” hoạt động xúc tác, có khả năng hỗ trợ giải quyết oxy”- Liu nói.

HẢI HUỲNH (Nguồn: Journal Science)