Met ijzerhydroxide op platina-nanodeeltjes kun je waterstof ongekend efficiënt ontdoen van koolstofmonoxide. Het werkt dertig keer beter dan het gebruikelijke platina op ijzeroxide, beloven Chinese onderzoekers in Nature.

Die CO-verwijdering is nodig wanneer je met je waterstof een PEM-brandstofcel wilt voeden. Daar zitten meestal ook platinadeeltjes in als katalysator, en die worden ‘vergiftigd’ door CO dat zich nestelt op hun actieve plekken. 50 ppm CO in je H₂ is zo’n beetje het maximaal toelaatbare. Of dit een probleem is hangt af van de productiemethode: bij elektrolyse is er weinig aan de hand maar grootschalige vergassing van koolwaterstoffen levert H₂ op met ongeveer 1 % CO - veel te veel dus.

De oplossing is om CO van tevoren te oxideren tot CO_2, op een aparte katalysator buiten de PEM-cel. Zo’n PROX-reactie (preferential oxidation) moet zo selectief mogelijk werken zodat de waterstof ongemoeid blijft. En wanneer de PEM-cel in een auto zit en je de zuiveringsstap daar ook in wilt inbouwen, moet het systeem tevens bestand zijn tegen frequente ‘koude starts’ waarbij het niet de tijd krijgt om op te warmen.

Junling Lu en collega’s van de University of Science and Technology of China (USTC) in Hefei zeggen dit voor elkaar te kunnen krijgen door platinadeeltjes, die op een inerte drager van siliciumoxide liggen, via atomic layer deposition (ALD) te coaten met Fe₁(OH)_x. Zie de afbeelding: je stelt de deeltjes afwisselend bloot aan ferroceen en aan zuurstof, bij 120 °C. Zo raakt het oppervlak langzamerhand bezaaid met losse ijzerionen, elk omringd door een paar zuurstofionen, waarbij je de mate van bedekking van het platina redelijk in de hand hebt.

Stel je deze deeltjes bloot aan H₂ met vleugjes CO en O₂, dan wordt eerst een klein deel van de waterstof gebruikt om het ijzeroxide om te zetten in ijzerhydroxide. De combinatie daarvan met platina blijkt vervolgens CO en O₂ 100 % selectief om te zetten in CO₂. Het lukt al bij 75 graden onder nul en het gaat goed tot iets meer dan 100 graden boven nul - uitermate geschikt voor auto’s, dus.

Wat er precies op het platina/ijzerhydroxide-oppervlak gebeurt is nog niet helemaal duidelijk. Maar berekeningen met dichtheidsfunctionaaltheorie geven wel een idee van de manier waarop het ijzer aan het platina-oppervlak moet zijn gebonden. Als dat klopt, denken de Chinezen dat er een paar mechanismes door elkaar gaan lopen: de eerste CO pikt een OH-groep in en vormt een COOH-radicaal, de plek van OH^- wordt ingenomen door O₂ dat vervolgens dat radicaal dehydrogeneert tot CO₂, waarna de resterende O door een volgende CO zou moeten worden meegenomen.

De vraag waarom je de CO niet gewoon in de waterstoffabriek verwijdert, of desnoods in het tankstation, blijft in de publicatie overigens onbeantwoord. Maar wellicht heeft het iets met gebrek aan vertrouwen in leveranciers te maken.

bron: Nature