(Hóa học ngày nay-H2N2)-Tạo ra xúc tác hoạt tính hiệu quả và duy trì hiệu quả đó trong thời gian dài là một thử thách lớn đối với công nghệ pin nhiên liệu từ khâu thí nghiệm tới khâu sản xuất. Nhiều nhà nghiên cứu đã lựa chọn platin làm nguyên liệu chính, tuy nhiên kim loại quý này có 2 nhược điểm lớn: đắt đỏ và bị hao mòn dần khi pin nhiên liệu hoạt động.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà hóa học thuộc Đại học Brown đã tạo ra hạt nano chỉ gồm có lõi và vỏ hạt từ một lượng rất nhỏ platin nhưng hoạt động hiệu quả hơn và duy trì tuổi thọ dài hơn so với các loại xúc tác platin thuần túy hiện có trên thị trường.
Trong hóa học, phản ứng giảm oxy thường diễn ra trong catốt của pin nhiên liệu, sản phẩm phụ duy nhất của phản ứng là nước chứ không phải là CO2 – khí gas gây biến đổi khí hậu – sinh ra từ hệ thống đốt trong. Catốt đồng thời cũng là cực làm tiêu tan tới 40% hiệu quả hoạt động của pin nhiên liệu, do vậy đây là một bước quan trọng giúp pin nhiên liệu nâng cao khả năng cạnh tranh công nghệ với động cơ đốt trong và pin các loại.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một lõi palladi (Pd) kích thước 5 nanomet và lớp vỏ bao ngoài bằng hợp kim sắt – platin (FePt). Bí quyết là thiết kế lớp vỏ sao cho vừa giữ được hình dạng nhất định vừa sử dụng một lượng rất nhỏ platin để tạo ra phản ứng một cách hiệu quả nhất. Lớp vỏ bằng hợp kim sắt – platin được chế tạo nhờ kỹ thuật Sun, lần đầu được công bố trên tạp chí Science (2000) – phân hủy Fe(CO)5 (sắt pentacarbonyl) và giảm Pt(acac)2 (platin acetylacetonate). Kết quả thu được là lớp vỏ chỉ có 30% platin. Nhóm cho biết có thể tạo ra được các lớp vỏ ngoài thậm chí còn mỏng hơn và tỉ lệ platin nhỏ hơn.
Trong các thí nghiệm, palladi/ hay các hạt nano sắt – platin có khả năng tạo ra dòng điện gấp 12 lần so với các loại xúc tác platin thuần túy hiện nay trong cùng lượng xúc tác; thời gian sử dụng cũng dài hơn gấp 10 lần (chu kỳ 10.000 vòng so với 1.000 vòng của các mẫu pin hiện nay).
Nhóm nghiên cứu cũng cho biết, kích thước vỏ hợp kim sắt – platin có thể dao động trong khỏang 1 – 3 nanomét, tuy nhiên theo kết quả thu được từ các thí nghiệm, kích thước 1 nanomét cho hiệu quả phản ứng tốt nhất.
Nguồn NASATI/Hoahocngaynay.com
