Рисовая лаборатория химика Джеймса Тура в прошлом году создала из угля точки, известные как GQD, и теперь объединила эти наноразмерные точки с микроскопическими листами графена, формой углерода толщиной в один атом, чтобы создать гибрид, который мог бы значительно снизить стоимость производство энергии с помощью топливных элементов.Это исследование является предметом новой статьи в журнале Американского химического общества ACS Nano.Лаборатория обнаружила, что кипячение раствора GQD и листов оксида графена (отслоившихся от обычного графита) объединило их в самособирающиеся наноразмерные пластинки, которые затем можно было обрабатывать азотом и бором. Гибридный материал сочетал в себе преимущества каждого компонента: обилие краев, на которых происходят химические реакции, и отличную проводимость между GQD, обеспечиваемую графеновой основой.
Вместе бор и азот добавляют к материалу больше каталитически активных центров, чем любой элемент по отдельности.«GQD добавляют системе огромное преимущество, которое позволяет проводить химический процесс восстановления кислорода, одну из двух реакций, необходимых для работы в топливном элементе», — сказал Тур. «Графен обеспечивает необходимую проводящую матрицу.
Так что это превосходная гибридизация».Материал лаборатории Tour превзошел коммерческие гибриды платина / углерод, обычно встречающиеся в топливных элементах. Материал показал реакцию восстановления кислорода примерно на 15 милливольт больше при положительном начальном потенциале — начале реакции — и на 70 процентов большую плотность тока, чем катализаторы на основе платины.
По словам Тура, материалы, необходимые для изготовления чешуекообразных гибридов, также намного дешевле. «Эффективность лучше, чем у платины с точки зрения снижения содержания кислорода, что позволяет обойти самое непомерное препятствие в производстве топливных элементов — стоимость драгоценного металла», — сказал он.Аспирант Райс Хуэйлун Фэй является ведущим автором статьи.
Соавторы — аспиранты Руквань Е, Гонглан Е, Юнцзи Гонг, Чживэй Пэн и Эррол Самуэль; техник-исследователь Сюцзюнь Фань; и Пуликель Аджаян, профессор Бенджамина М. и Мэри Гринвуд Андерсон в области машиностроения, материаловедения и химии и заведующий кафедрой материаловедения и наноинжиниринга, Райс.Тур — это T.T. и W.F.
Кафедра химии Чао, а также профессор материаловедения, наноинженерии и информатики.