پژوهشگران دانشگاه صنعتي شريف، با انجام محاسبات نظري، موفق به انتخاب نانوفلزاتي شدند که فعاليت بيشتري براي کاهش اکسيژن در عملکرد پيل سوختي از خود نشان مي‌دهند.

آقاي رمضان عرب، دانشجوي دکتري شيمي (گرايش شيمي فيزيک)، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «قسمت عمده‌اي از افت کارايي در پيل سوختي به دليل اضافه ولتاژ زياد کاهش اکسيژن در کاتد است. همچنين در پيل‌هاي سوختي که در آنها از الکل‌هايي مانند متانول و اتانول به عنوان سوخت استفاده مي‌شود، نشت اين الکل‌ها از بخش آندي به قسمت کاتدي معمولا باعث مسموميت الکترود اکسيژن و افت بيشتر ولتاژ و در نهايت کارايي پيل مي‌گردد. بنابراين طراحي کاتاليست‌هاي مناسب که فعاليت خوبي براي واکنش کاهش اکسيژن داشته و در عين حال مقاومت خوبي در مقابل مسموميت با الکل‌ها دارند، همواره مورد توجه بوده‌است».

وي افزود: «در فرايند کاهش اکسيژن، يکي از پارامترهايي که بر سرعت واکنش، موثر است، جذب اکسيژن و حد واسط‌هاي ناشي از کاهش اکسيژن مانند پراکسيد (H2O2) و هيدرواکسيد(OH) روي سطح الکترود است. بنابراين مطالعه‌ي نظري جذب اين گونه‌ها روي سطح الکترود مي‌تواند اطلاعاتي در مورد سينتيک و مکانيزم فرايند کاهش اکسيژن در دسترس قرار داده، همچنين در انتخاب فلزات و آلياژهاي مناسب براي کاهش اکسيژن مورد استفاده قرار گيرد».

آقاي عرب از روش نظري تابعي دانسيته و روش‌هاي گراديان تعميم يافته مانند B3PW91 براي تفسير و توضيح خواص سيستم‌ها در حالت پايه استفاده نموده‌است، همچنين براي بالا بردن دقت محاسبات خود از تابع پايه‌ي LANL2TZ(f) براي نانوخوشه‌هاي پالاديم/مس و براي جذب اکسيژن نيز از تابع پايه‌ي MG3S استفاده کرده‌است.

نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد که با افزايش بار منفي به نانوخوشه‌ها، مدل‌هاي جذب اکسيژن مولکولي و اتمي و همچنين پايدارترين حالت جذبي تغيير مي‌کند. افزايش مقدار مس در نانوخوشه‌هاي خنثي انرژي جذب اکسيژن مولکولي و اتمي را کاهش مي‌دهد، در حالي که در نانوخوشه‌هاي منفي باعث افزايش انرژي جذب اکسيژن مولکولي و اتمي مي‌گردد. همچنين افزايش مقدار مس در نانوخوشه‌هاي خنثي و منفي باعث تضعيف پيوند اکسيژن مولکولي شده که مي‌تواند در نهايت باعث جذب تفکيکي اکسيژن روي نانوخوشه‌ها شود. البته اين اثر در نانوخوشه‌هاي منفي شديدتر است.

آقاي عرب اظهار داشت: «تفکيک اکسيژن مولکولي روي نانوخوشه‌هاي خنثي و منفي واکنشي گرمازا بوده و از لحاظ ترموديناميکي انجام‌پذير است. همچنين نانوخوشه‌هاي مس/پالاديوم تمايل بيشتري براي تفکيک اکسيژن نسبت به نانوخوشه‌‌ي پالاديوم خالص دارند. شايد به همين دليل آلياژهاي مس- پالاديوم هنگام کاهش اکسيژن توليد پراکسيد نمي‌کنند، در حالي که روي پالاديوم خالص پراکسيد توليد مي‌شود».

آقاي عرب در پايان گفت: «در طراحي پيل‌هاي سوختي، به کمک اين محاسبات نظري مي‌توانيم فلزي را انتخاب کنيم که فعاليت بيشتري براي کاهش اکسيژن داشته باشد».