Grafeenista ja hiilinanoputkista on kehitetty katalyyttimateriaali, joka nopeuttaa sähkökemiallisia reaktioita ennätyksellisen paljon.
Osa materiaalin hiiliatomeista on korvattu muiden alkuaineiden yksittäisillä atomeilla. Nämä epäpuhtausatomit tekevät materiaaliyhdistelmästä vielä tehokkaamman.
Uutuuden takana ovat Aalto-yliopiston tutkijat yhdessä ranskalaisten ja itävaltalaisten kollegoidensa kanssa.
Katalyyttimateriaali on tarkoitettu veden elektrolyysilaitteisiin ja vetypolttokennoihin. Vedyllä toimivat polttokennot ovat lupaava, puhdas vaihtoehto fossiilisille polttoaineille etenkin ajoneuvoissa.
Tutkimuksen tulokset julkaisi ACS Catalysis -lehti.
Edullinen vaihtoehto kalliille materiaaleille
Perinteiset katalyytit perustuvat kalliisiin ja harvinaisiin arvometalleihin, kuten platinaan ja iridiumiin.
Aalto-yliopiston tutkijatohtorin Mohammad Tavakkolin mukaan ne haluttiin nyt korvata aktiivisilla, edullisilla ja hyvin saatavilla olevilla vaihtoehdoilla.
Niitä ovat grafeenin ja nanoputkien lisäksi typpi ja jotkin siirtymämetallit, kuten kupari ja rauta.
Siirtymämetallit ovat hyvin reaktiivisia ja muodostavat helposti erilaisia yhdisteitä.
Itse kehitetty valmistusmenetelmä
Tutkijat kasvattivat katalyysimateriaalia omalla kemialliseen synteesiin perustuvalla menetelmällään.
Menetelmässä esikäsitelty substraatti sekä hiiltä sisältävää kaasua ja epäpuhtausatomien lähteitä laitetaan kasvatusuuniin.
Uunissa nanomateriaalit muodostuvat riittävän korkeassa lämpötilassa, tyypillisesti noin tuhannessa celsiusasteessa.
Huokoinen rakenne tuo tehoa
Yksi uutuusmateriaalin salaisuuksista on sen huokoisuus.
”Sen ansiosta katalyytin, kasvatusalustan sekä katalysoitavan aineen eli tässä tapauksessa veden välinen aktiivinen pinta-ala on todella suuri”, kuvailee Wienin yliopiston vanhempi tutkija Kimmo Mustonen Aalto-yliopiston tiedotteessa.
Sormenpään kokoinen kalvo nanohiiliputkea saattaa vastata pinta-alaltaan muutamaa tenniskenttää.
Pinta-alan suhde tilavuuteen on keskeinen tekijä katalyytin aktiivisuudessa.
(Kuva Aalto-yliopisto) Hybridinanomateriaali muodostuu grafeenista, hiilinanoputkista ja yksittäisistä epäpuhtausatomeista.
