En kärna av nickelplatina i nanoskala med ett platinaskal knäcker syremolekyler till användbara joner

En kärna av nickelplatina i nanoskala med ett platinaskal knäcker syremolekyler till användbara joner

Tidsstämpel: 27 juli 2023 7:21
Källnod: 2788122
27 jul 2023 (Nanowerk Nyheter) Platina (Pt) kan fungera som en katalysator för att göra reaktiva syrejoner för många tillämpningar. I denna forskning använde forskare en metod som kallas elektrokemisk cykling för att modifiera ytan på nickel (Ni)/Pt-nanopartiklar. Forskarna undersökte sedan partiklarna med hjälp av en specialiserad röntgenspridningsteknik som är unikt lämpad för att undersöka tredimensionella partiklar i vätskor. Detta avslöjade att den modifierade legeringen hade ett Pt-rikt skikt. Detta lagers struktur lämnade Pt vid ytan av nanopartiklarna, mer koncentrerad än vad som skulle vara normalt i en bulk Ni-Pt-legering. Tekniken avslöjar sammansättningen, formen och töjningen av partiklar i nanometerskala som används i elektroder och membran. Forskningen har publicerats i Nano bokstäver ("Elektrokemiskt inducerad stamutveckling i nanopartiklar av Pt-Ni-legering observerad av Bragg Coherent Diffraction Imaging"). BCDI-metod som använder koherenta synkrotronröntgenstrålar (schematiskt till vänster) för att avbilda interna 3D-töjnings- och sammansättningsfördelningar in situ vid olika stadier av elektrokemiskt driven nickelyteupplösning BCDI-metod som använder koherenta synkrotronröntgenstrålar (vänster schematisk) för att avbilda interna 3D-töjnings- och sammansättningsfördelningar in-situ vid olika stadier av elektrokemiskt driven nickelyteupplösning (höger schematisk). (Bild: T. Kawaguchi, Argonne National Laboratory) Syreminskningsprocessen är väsentlig i många tillämpningar. Detta inkluderar elektroderna i bränsleceller, som elektrokemiskt förbrukar bränsle direkt till elektricitet. Detta inkluderar även metall-luft-batterier som producerar elektricitet genom att oxidera metaller. Pt kan driva dessa reduktionsreaktioner. Att ersätta Pt-komponenter med legeringar och förbättra aktiviteten genom ytbehandling kommer att göra sådana processer billigare och mer effektiva. Röntgentekniken avslöjar hur materialet förändras under driftsförhållanden. Forskare kan använda denna teknik i reaktiva miljöer för att utvärdera yttillståndet hos väsentliga material. Detta kommer att hjälpa dem att studera och förbättra material för energi- och kemiska omvandlingsanordningar. Forskare vid Argonne National Laboratory, Safarik University i Slovakien och Tohoku University i Japan använde Bragg coherent diffraction imaging (BCDI) för att övervaka atomär nivåpåkänning på ytorna av Pt-Ni nanopartiklar medan de behandlades elektrokemiskt. Denna metod tillåter forskare att bestämma form, sammansättning och atomavstånd i de faktiska miljöer där ett material bearbetas eller används. De övervakade elastisk töjning under på varandra följande voltametriska cykler i en flytande elektrolyt som en funktion av Ni-upplösning, vilket härleds från tredimensionella bilder från BCDI och från mätningar av de genomsnittliga gitterkonstanterna. Resultaten visar att högre nivåer av initial Ni-komposition resulterade i mer upplösning och högre nivåer av trycktöjning vid ytan. Bearbetningen resulterade i en kärna-skal-struktur med ett Pt-rikt skal som omger en Ni-rik kärna. Dessa resultat hjälper till att förklara varför syremolekyler lättare kan omvandlas till reaktiva joner på Pt-Ni-nanopartiklar jämfört med rena Pt-nanopartiklar. Töjningen som är korrelerad med avlegeringen kan ändra formen och den elektroniska strukturen hos absorptionsställen som är viktiga för överföring av syreladdning.

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk