En nikkel-platina nanoskala kjerne med et platinaskall knekker oksygenmolekyler til nyttige ioner

En nikkel-platina nanoskala kjerne med et platinaskall knekker oksygenmolekyler til nyttige ioner

Tidsstempel: 27. juli 2023 7:21
Kilde node: 2788122
27. juli 2023 (Nanowerk Nyheter) Platina (Pt) kan fungere som en katalysator for å lage reaktive oksygenioner for mange bruksområder. I denne forskningen brukte forskere en metode kalt elektrokjemisk syklus for å modifisere overflaten til nikkel (Ni)/Pt nanopartikler. Forskerne undersøkte deretter partiklene ved å bruke en spesialisert røntgenspredningsteknikk som er unikt egnet til å undersøke tredimensjonale partikler i væsker. Dette avslørte at den modifiserte legeringen hadde et Pt-rikt lag. Dette lagets struktur etterlot Pt på overflaten av nanopartikler, mer konsentrert enn normalt i en bulk Ni-Pt-legering. Teknikken avslører sammensetningen, formen og tøyningen til partikler i nanometerskala som brukes i elektroder og membraner. Forskningen er publisert i Nano Letters (“Electrochemically Induced Strain Evolution in Pt–Ni Alloy Nanoparticles Observed by Bragg Coherent Diffraction Imaging”). BCDI-metode som bruker koherente synkrotron-røntgenstråler (skjematisk til venstre) for å avbilde interne 3D-belastnings- og komposisjonsfordelinger in situ ved forskjellige stadier av elektrokjemisk drevet nikkeloverflateoppløsning BCDI-metode som bruker koherente synkrotronrøntgenstråler (skjematisk venstre) for å avbilde interne 3D-belastnings- og sammensetningsfordelinger in situ på forskjellige stadier av elektrokjemisk drevet nikkeloverflateoppløsning (skjematisk høyre). (Bilde: T. Kawaguchi, Argonne National Laboratory) Oksygenreduksjonsprosessen er avgjørende i mange applikasjoner. Dette inkluderer elektrodene til brenselceller, som elektrokjemisk forbruker drivstoff direkte til elektrisitet. Dette inkluderer også metall-luft-batterier som produserer elektrisitet ved å oksidere metaller. Pt kan drive disse reduksjonsreaksjonene. Å erstatte Pt-komponenter med legeringer og forbedre aktiviteten gjennom overflatebehandlinger vil gjøre slike prosesser billigere og mer effektive. Røntgenteknikken avslører hvordan materialet endres under operasjonelle forhold. Forskere kan bruke denne teknikken i reaktive miljøer for å evaluere overflatetilstanden til essensielle materialer. Dette vil hjelpe dem med å studere og forbedre materialer for energi- og kjemiske konverteringsenheter. Forskere ved Argonne National Laboratory, Safarik University i Slovakia og Tohoku University i Japan brukte Bragg coherent diffraction imaging (BCDI) for å overvåke belastning på atomnivå på overflatene til Pt-Ni nanopartikler mens de ble behandlet elektrokjemisk. Denne metoden lar forskere bestemme form, sammensetning og atomavstander i de faktiske miljøene der et materiale behandles eller utplasseres. De overvåket elastisk belastning under påfølgende voltametriske sykluser i en flytende elektrolytt som en funksjon av Ni-oppløsning, som utledet fra tredimensjonale bilder fra BCDI og fra målinger av gjennomsnittlige gitterkonstanter. Resultatene viser at høyere nivåer av initial Ni-sammensetning resulterte i mer oppløsning og høyere nivåer av trykkbelastning på overflaten. Bearbeidingen resulterte i en kjerne-skallstruktur med et Pt-rikt skall rundt en Ni-rik kjerne. Disse resultatene hjelper til med å forklare hvorfor oksygenmolekyler lettere kan gjøres om til reaktive ioner på Pt-Ni-nanopartikler sammenlignet med rene Pt-nanopartikler. Belastningen som er korrelert med avlegeringen kan endre formen og den elektroniske strukturen til absorpsjonssteder som er viktige for oksygenladningsoverføring.

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk