Un noyau nanométrique en nickel-platine avec une coque en platine craque les molécules d'oxygène en ions utiles

Un noyau nanométrique en nickel-platine avec une coque en platine craque les molécules d'oxygène en ions utiles

Horodatage: 27 juillet 2023 7:21
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27 juil.2023 (Actualités Nanowerk) Le platine (Pt) peut agir comme catalyseur pour fabriquer des ions oxygène réactifs pour de nombreuses applications. Dans cette recherche, les scientifiques ont utilisé une méthode appelée cyclage électrochimique pour modifier la surface des nanoparticules de nickel (Ni)/Pt. Les scientifiques ont ensuite examiné les particules à l'aide d'une technique d'imagerie par diffusion de rayons X spécialisée qui est particulièrement adaptée pour sonder les particules tridimensionnelles dans les liquides. Cela a révélé que l'alliage modifié avait une couche riche en Pt. La structure de cette couche a laissé du Pt à la surface des nanoparticules, plus concentré que ce qui serait normal dans un alliage Ni-Pt massif. La technique révèle la composition, la forme et la souche des particules à l'échelle nanométrique qui sont utilisées dans les électrodes et les membranes. La recherche a été publiée dans Nano Lettres ("Évolution de la contrainte électrochimiquement induite dans les nanoparticules d'alliage Pt-Ni observée par imagerie de diffraction cohérente de Bragg"). Méthode BCDI utilisant des rayons X synchrotron cohérents (schéma de gauche) pour imager les distributions internes de contrainte et de composition 3D in situ à différentes étapes de la dissolution électrochimique de la surface du nickel Méthode BCDI utilisant des rayons X synchrotron cohérents (schéma de gauche) pour imager les distributions internes de contrainte et de composition 3D in situ à différentes étapes de la dissolution électrochimique de la surface du nickel (schéma de droite). (Image : T. Kawaguchi, Laboratoire National d'Argonne) Le procédé de réduction de l'oxygène est essentiel dans de nombreuses applications. Cela inclut les électrodes des piles à combustible, qui consomment électrochimiquement des carburants directement en électricité. Cela inclut également les batteries métal-air qui produisent de l'électricité en oxydant les métaux. Le Pt peut conduire ces réactions de réduction. Le remplacement des composants Pt par des alliages et l'amélioration de l'activité par des traitements de surface rendront ces procédés moins coûteux et plus efficaces. La technique des rayons X révèle comment le matériau change dans des conditions opérationnelles. Les chercheurs peuvent utiliser cette technique dans des environnements réactifs pour évaluer l'état de surface des matériaux essentiels. Cela les aidera à étudier et à améliorer les matériaux des dispositifs de conversion énergétique et chimique. Des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne, de l'Université Safarik en Slovaquie et de l'Université Tohoku au Japon ont utilisé l'imagerie par diffraction cohérente de Bragg (BCDI) pour surveiller la contrainte au niveau atomique sur les surfaces des nanoparticules de Pt-Ni pendant leur traitement électrochimique. Cette méthode permet aux chercheurs de déterminer la forme, la composition et les espacements atomiques dans les environnements réels où un matériau est traité ou déployé. Ils ont suivi la déformation élastique au cours de cycles voltamétriques successifs dans un électrolyte liquide en fonction de la dissolution du Ni, déduite des images tridimensionnelles de BCDI et des mesures des constantes de réseau moyennes. Les résultats montrent que des niveaux plus élevés de composition initiale de Ni ont entraîné plus de dissolution et des niveaux plus élevés de déformation de compression à la surface. Le traitement a abouti à une structure noyau-enveloppe avec une enveloppe riche en Pt entourant un noyau riche en Ni. Ces résultats aident à expliquer pourquoi les molécules d'oxygène peuvent être plus facilement transformées en ions réactifs sur les nanoparticules de Pt-Ni par rapport aux nanoparticules de Pt pur. La contrainte corrélée au désalliage peut modifier la forme et la structure électronique des sites d'absorption importants pour le transfert de charge d'oxygène.

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