Un núcleo a nanoescala de níquel-platino con una cubierta de platino descompone las moléculas de oxígeno en iones útiles

27 de julio de 2023 (Noticias de Nanowerk) El platino (Pt) puede actuar como catalizador para producir iones de oxígeno reactivos para muchas aplicaciones. En esta investigación, los científicos utilizaron un método llamado ciclo electroquímico para modificar la superficie de las nanopartículas de níquel (Ni)/Pt. Luego, los científicos examinaron las partículas utilizando una técnica especializada de imágenes por dispersión de rayos X que es especialmente adecuada para sondear partículas tridimensionales en líquidos. Esto reveló que la aleación modificada tenía una capa rica en Pt. La estructura de esta capa dejó Pt en la superficie de las nanopartículas, más concentrado de lo que sería normal en una aleación de Ni-Pt a granel. La técnica revela la composición, forma y tensión de partículas a escala nanométrica que se utilizan en electrodos y membranas. La investigación ha sido publicada en Nano Letters (“Electrochemically Induced Strain Evolution in Pt–Ni Alloy Nanoparticles Observed by Bragg Coherent Diffraction Imaging”). Método BCDI que utiliza rayos X de sincrotrón coherentes (esquema de la izquierda) para obtener imágenes de la tensión interna en 3D y las distribuciones de composición in situ en varias etapas de la disolución de la superficie del níquel impulsada electroquímicamente (esquema de la derecha). (Imagen: T. Kawaguchi, Laboratorio Nacional Argonne) El proceso de reducción de oxígeno es esencial en muchas aplicaciones. Esto incluye los electrodos de las pilas de combustible, que consumen combustible electroquímicamente y lo convierten directamente en electricidad. Esto también incluye las baterías de metal-aire que producen electricidad oxidando metales. Pt puede impulsar estas reacciones de reducción. Reemplazar los componentes de Pt por aleaciones y mejorar la actividad mediante tratamientos superficiales hará que dichos procesos sean menos costosos y más eficientes. La técnica de rayos X revela cómo cambia el material en condiciones operativas. Los investigadores pueden utilizar esta técnica en entornos reactivos para evaluar el estado de la superficie de materiales esenciales. Esto les ayudará a estudiar y mejorar materiales para dispositivos de conversión química y de energía. Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, la Universidad Safarik en Eslovaquia y la Universidad Tohoku en Japón utilizaron imágenes de difracción coherente de Bragg (BCDI) para monitorear la tensión a nivel atómico en las superficies de nanopartículas de Pt-Ni mientras eran tratadas electroquímicamente. Este método permite a los investigadores determinar la forma, la composición y los espacios atómicos en los entornos reales donde se procesa o implementa un material. Monitorizaron la deformación elástica durante sucesivos ciclos voltamétricos en un electrolito líquido en función de la disolución de Ni, como se deduce de imágenes tridimensionales de BCDI y de mediciones de las constantes promedio de la red. Los resultados muestran que niveles más altos de composición inicial de Ni dieron como resultado una mayor disolución y niveles más altos de tensión de compresión en la superficie. El procesamiento dio como resultado una estructura núcleo-capa con una capa rica en Pt que rodea un núcleo rico en Ni. Estos resultados ayudan a explicar por qué las moléculas de oxígeno pueden convertirse más fácilmente en iones reactivos en las nanopartículas de Pt-Ni en comparación con las nanopartículas de Pt puro. La tensión correlacionada con la desaleación puede cambiar la forma y la estructura electrónica de los sitios de absorción importantes para la transferencia de carga de oxígeno.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63406.php