Close-up van de poriestructuur.

Gepyrolyseerd magnesiumtrinitrilo-acetaat is een prima vervanger voor platina in kathodes voor brandstofcellen. En het is eenvoudig genoeg te maken om aan grootschalige productie te denken, melden UvA-onderzoekers in Chemistry: A European Journal.

Wat de pyrolyse in feite oplevert is stikstofgedoteerd grafiet. Daarvan is al langer bekend dat het platina kan vervangen aan de ‘zuurstofkant’ van zo’n brandstofcel, die luchtzuurstof (O2) katalytisch moet omzetten in O2-. Maar tot nu toe bleek het lastig om bruikbare vormen van zulk grafiet te maken in hoeveelheden van meer dan een paar milligram.

David Eisenberg, een postdoc uit de groep van Gadi Rothenberg, heeft nu ontdekt dat het heel gemakkelijk én goedkoop is te doen magnesiumtrinitriloacetaat (MgNTA, HMgN(CH2COO)3). Dat zout ontstaat simpelweg door magnesiumcarbonaat in heet water te mengen met nitrilotriazijnzuur, een veelgebruikte fosfaatvervanger in wasmiddelen. Je laat het neeslaan, en vervolgens pyrolyseer je het een uur lang bij 900 graden Celsius onder een argonatmosfeer.

Het resultaat is een zwart poeder. Onder de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) zie je dat het bestaat uit kubische nanodeeltjes in een koolstofmatrix, en nadere analyse leert dat die nanodeeltjes bestaan uit magnesiumoxide. Die was je er uit met citroenzuur, waarna je het restant nogmaals een uur uitgloeit onder argon bij 1.000 graden om de kristallisatie van de koolstof tot grafiet te bevorderen.

Leg je het zo ontstane ‘N:C-MgNTA’ dan nogmaals onder de TEM, dan zie je een zeer complexe structuur van micro-, meso- én macroporiën. Volgens de onderzoekers lijkt het er op dat de grotere poriën achterblijven wanneer het MgO wordt weggewassen (de maten komen namelijk overeen met die van de nanodeeltjes), maar dat dat MgO zolang het er nog zit ook de kristallisatie van het grafiet inleidt. Daarmee zou het mede verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van microporiën tussen de grafietkristallen.

Het belangrijkste is dat N:C-MgNTA de reductie van zuurstof prima lijkt te katalyseren, waarschijnlijk door de combinatie van elektrische geleiding van het grafiet en het massatransport door de poriën. Op het eerste gezicht is het materiaal bovendien stabieler dan commerciële kathodes die uit 20 % platina in koolstof bestaan.

In een persbericht wordt er bij aangetekend dat de onderzoekers bewust geen octrooi hebben aangevraagd op de synthese, zodat anderen er vrijelijk op kunnen voortborduren.

bron: UvA