Een nikkel-platina kern op nanoschaal met een platina omhulsel kraakt zuurstofmoleculen tot bruikbare ionen

Een nikkel-platina kern op nanoschaal met een platina omhulsel kraakt zuurstofmoleculen tot bruikbare ionen

Tijdstempel: 27 juli 2023 7:21 uur
Bronknooppunt: 2788122
27 juli 2023 (Nanowerk Nieuws) Platina (Pt) kan voor veel toepassingen fungeren als katalysator om reactieve zuurstofionen te maken. In dit onderzoek gebruikten wetenschappers een methode genaamd elektrochemische cycli om het oppervlak van nikkel (Ni)/Pt-nanodeeltjes te modificeren. De wetenschappers onderzochten vervolgens de deeltjes met behulp van een gespecialiseerde röntgenverstrooiingsbeeldvormingstechniek die bij uitstek geschikt is om driedimensionale deeltjes in vloeistoffen te onderzoeken. Hieruit bleek dat de gemodificeerde legering een Pt-rijke laag had. De structuur van deze laag liet Pt aan het oppervlak van de nanodeeltjes achter, meer geconcentreerd dan normaal zou zijn in een bulk Ni-Pt-legering. De techniek onthult de samenstelling, vorm en spanning van deeltjes op nanometerschaal die worden gebruikt in elektroden en membranen. Het onderzoek is gepubliceerd in Nano Letters ("Elektrochemisch geïnduceerde spanningsevolutie in nanodeeltjes van Pt-Ni-legering waargenomen door Bragg Coherent Diffraction Imaging"). BCDI-methode met behulp van coherente synchrotron-röntgenstralen (schema links) om interne 3D-rek- en samenstellingsverdelingen in situ af te beelden in verschillende stadia van elektrochemisch aangedreven nikkeloppervlakte-oplossing BCDI-methode met behulp van coherente synchrotron-röntgenstralen (schema links) om interne 3D-spanning en samenstellingsverdelingen in situ af te beelden in verschillende stadia van elektrochemisch aangedreven oplossing van het nikkeloppervlak (schema rechts). (Afbeelding: T. Kawaguchi, Argonne National Laboratory) Het zuurstofreductieproces is essentieel in veel toepassingen. Dit omvat de elektroden van brandstofcellen, die brandstoffen elektrochemisch direct in elektriciteit verbruiken. Dit omvat ook metaal-luchtbatterijen die elektriciteit produceren door metalen te oxideren. Pt kan deze reductiereacties aandrijven. Het vervangen van Pt-componenten door legeringen en het verbeteren van de activiteit door middel van oppervlaktebehandelingen zullen dergelijke processen goedkoper en efficiënter maken. De röntgentechniek laat zien hoe het materiaal onder operationele omstandigheden verandert. Onderzoekers kunnen deze techniek in reactieve omgevingen gebruiken om de oppervlaktetoestand van essentiële materialen te evalueren. Dit zal hen helpen bij het bestuderen en verbeteren van materialen voor apparaten voor energie- en chemische conversie. Onderzoekers van het Argonne National Laboratory, de Safarik University in Slowakije en de Tohoku University in Japan gebruikten Bragg coherente diffractiebeeldvorming (BCDI) om de spanning op atomair niveau op de oppervlakken van Pt-Ni-nanodeeltjes te volgen terwijl ze elektrochemisch werden behandeld. Met deze methode kunnen onderzoekers vorm, samenstelling en atomaire afstanden bepalen in de daadwerkelijke omgevingen waar een materiaal wordt verwerkt of ingezet. Ze volgden elastische spanning tijdens opeenvolgende voltametrische cycli in een vloeibare elektrolyt als functie van Ni-oplossing, zoals afgeleid uit driedimensionale beelden van BCDI en uit metingen van de gemiddelde roosterconstanten. De resultaten laten zien dat hogere niveaus van initiële Ni-samenstelling resulteerden in meer oplossing en hogere niveaus van drukspanning aan het oppervlak. De verwerking resulteerde in een core-shell-structuur met een Pt-rijke shell rond een Ni-rijke kern. Deze resultaten helpen verklaren waarom zuurstofmoleculen gemakkelijker kunnen worden omgezet in reactieve ionen op Pt-Ni-nanodeeltjes in vergelijking met pure Pt-nanodeeltjes. De spanning die verband houdt met de dealloying kan de vorm en elektronische structuur van absorptieplaatsen die belangrijk zijn voor de overdracht van zuurstoflading veranderen.

Tijdstempel:

Meer van Nanowerk