החוקרים נאבקו קשות באתגר ליצירת ננו-חלקיקי פלאדיום בעלי מספיק שטח פנים פעיל, המאפיין החיוני עבור תפקודם כזרזים בתאי-דלק, אך עד כה הדבר היה כרוך במכשולים שנפתרו בידי שני חוקרים מאוניברסיטת בראון
אפילו התקנים קטנים נדרשים לאנרגיה, וחלק נכבד ממנה מגיע מתאי-דלק. ככל שהתקנים אלו הופכים זעירים יותר, כך מתגברת הדחיפות למציאת דרכים יעילות יותר להניעם.
במהלך השנים האחרונות כימאים גילו כי המתכת פלאדיום הינה מועמדת מועדפת להנעת האנרגיה הראשונית של תאי-דלק – היא זולה יותר מזרז רווח אחר של תאי-דלק, פלטינה, ונפוצה יותר.
אולם החוקרים נאבקו קשות באתגר ליצירת ננו-חלקיקי פלאדיום בעלי מספיק שטח פנים פעיל, המאפיין החיוני עבור תפקודם כזרזים בתאי-דלק, בעודם מנסים למנוע מחלקיקים אלו להתקבץ יחדיו במהלך התגובה הכימית הממירה מקור-דלק לחשמל. שני כימאים מאוניברסיטת בראון (Brown) מצאו דרך להתגבר על מכשולים אלו.
החוקרים דיווחו בכתב העת המדעי Journal of the American Chemical Society כי הם הצליחו לייצר ננו-חלקיקי פלאדיום בעלי שטח פנים הגדול בארבעים אחוזים מחלקיקי פלאדיום מסחריים. כמו-כן, הזרז החדש נותר ללא שינוי זמן הארוך פי ארבעה מזה הקיים כיום.
"גישה זו חדשנית ביותר. היא עובדת," אמר Vismadeb Mazumder, בוגר כימיה שכתב את המאמר יחד עם הפרופסור לכימיה Shouheng Sun. "הזרז פעיל יותר פי שניים, כלומר אתה צריך רק כמחצית מהאנרגיה להפעלתו. והוא יציב פי ארבעה יותר."
החוקרים יצרו ננו-חלקיקים בעלי קוטר של 4.5 ננומטרים. הם קשרו את הננו-חלקיקים למשטח פחמן בקצה האנודי של תא-דלק ישיר של חומצה פורמית. או אז, החוקרים עשו משהו חדש: הם השתמשו בליגנדים אמיניים הקשורים חלש בכדי לשמור על הננו-חלקיקים מופרדים תוך שמירה על הגודל המעשי המקורי שלהם. הודות להפרדת הננו-חלקיקים וקבלתם בגודל אחיד, הם הגדילו את שטח הפנים הזמין שעל משטח הפחמן והגבירו את יעילות התגובה של תא-הדלק. "זה פשוט עבד טוב יותר," הסביר החוקר.
ייחוד נוסף של הליגנדים טמון בעובדה כי ניתן להרחיק אותם בשטיפה ממשטח הפחמן ללא סיכון אופיים ופעילותם של ננו-חלקיקי הפלאדיום הנפרדים. זהו שיפור חשוב, לדבריו של החוקר, מכיוון שניסיונות קודמים להרחיק מתמירים קשורים הביאו לאובדן מבנם הקשיח של הננו-חלקיקים, להתקבצותם יחדיו, ובסופו של דבר – לאובדן פעילותם הקטליטית.
צוות המחקר ציין כי בניסויים שנמשכו כשתיים-עשרה שעות, הזרזים החדשים איבדו כשישה-עשר אחוזים משטח הפנים שלהם, בהשוואה לאובדן בשיעור של שישים וארבעה אחוזים עבור זרזים מסחריים.
"הצלחנו להפחית את קצב הדעיכה של הזרז שלנו הודות לגישתנו החדשה," אמר החוקר. "יצרנו ננו-חלקיקי פלאדיום באיכות גבוהה, קיבענו אותם באופן יעיל למצע, ואז הרחקנו את החומרים שייצבו אותם מבלי להזיק לאיכות הפעילות." המדענים של מחקר זה בוחנים עתה מגוון זרזים מבוססי-פלאדיום אחרים בכדי למצוא כאלו שהם פעילים יותר ויציבים יותר, כך שיוכלו לשמש ביישומי תאי-דלק עתידיים.
