Um núcleo em nanoescala de níquel-platina com uma casca de platina quebra as moléculas de oxigênio em íons úteis

Um núcleo em nanoescala de níquel-platina com uma casca de platina quebra as moléculas de oxigênio em íons úteis

Carimbo de data / hora: 27 de julho de 2023, 7h
Nó Fonte: 2788122
27 de julho de 2023 (Notícias do Nanowerk) A platina (Pt) pode atuar como um catalisador para produzir íons reativos de oxigênio para muitas aplicações. Nesta pesquisa, os cientistas usaram um método chamado ciclagem eletroquímica para modificar a superfície das nanopartículas de níquel (Ni)/Pt. Os cientistas então examinaram as partículas usando uma técnica especializada de imagem por espalhamento de raios X, especialmente adequada para sondar partículas tridimensionais em líquidos. Isto revelou que a liga modificada tinha uma camada rica em Pt. A estrutura desta camada deixou Pt na superfície das nanopartículas, mais concentrada do que seria normal em uma liga Ni-Pt a granel. A técnica revela a composição, forma e tensão das partículas em escala nanométrica usadas em eletrodos e membranas. A pesquisa foi publicada em Nano Letters (“Evolução de deformação induzida eletroquimicamente em nanopartículas de liga de Pt-Ni observada por imagem de difração coerente de Bragg”). Método BCDI usando raios X síncrotron coerentes (esquemático à esquerda) para gerar imagens de deformação 3D interna e distribuições de composição in-situ em vários estágios de dissolução da superfície de níquel acionada eletroquimicamente Método BCDI usando raios X síncrotron coerentes (esquemático à esquerda) para gerar imagens de deformação 3D interna e distribuições de composição in-situ em vários estágios de dissolução da superfície de níquel acionada eletroquimicamente (esquemático à direita). (Imagem: T. Kawaguchi, Laboratório Nacional de Argonne) O processo de redução de oxigênio é essencial em muitas aplicações. Isso inclui os eletrodos das células de combustível, que consomem combustíveis eletroquimicamente diretamente em eletricidade. Isso também inclui baterias metal-ar que produzem eletricidade através da oxidação de metais. Pt pode conduzir essas reações de redução. A substituição dos componentes de Pt por ligas e a melhoria da atividade através de tratamentos de superfície tornarão tais processos menos dispendiosos e mais eficientes. A técnica de raios X revela como o material muda sob condições operacionais. Os pesquisadores podem usar esta técnica em ambientes reativos para avaliar o estado superficial de materiais essenciais. Isso os ajudará a estudar e melhorar materiais para dispositivos de conversão de energia e produtos químicos. Pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne, da Universidade Safarik na Eslováquia e da Universidade Tohoku no Japão usaram imagens de difração coerente de Bragg (BCDI) para monitorar a tensão em nível atômico nas superfícies de nanopartículas de Pt-Ni enquanto elas estavam sendo tratadas eletroquimicamente. Este método permite aos pesquisadores determinar a forma, a composição e os espaçamentos atômicos nos ambientes reais onde um material é processado ou implantado. Eles monitoraram a deformação elástica durante ciclos voltamétricos sucessivos em um eletrólito líquido em função da dissolução do Ni, conforme deduzido de imagens tridimensionais do BCDI e de medições das constantes médias da rede. Os resultados mostram que níveis mais elevados de composição inicial de Ni resultaram em mais dissolução e níveis mais elevados de deformação compressiva na superfície. O processamento resultou em uma estrutura núcleo-invólucro com um invólucro rico em Pt circundando um núcleo rico em Ni. Esses resultados ajudam a explicar por que as moléculas de oxigênio podem ser mais facilmente transformadas em íons reativos nas nanopartículas de Pt-Ni em comparação com as nanopartículas de Pt pura. A deformação correlacionada com a desligação pode alterar a forma e a estrutura eletrônica dos locais de absorção importantes para a transferência de carga de oxigênio.

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