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Nuova tecnica per la degradazione delle immagini relativa a catalizzatori nel proprio ambiente nativo

Le celle a combustibile sono viste come una delle tecnologie più pulite per la produzione di energia elettrica; tuttavia, la scarsa efficienza e stabilità dei catalizzatori a base di platino rendono ardua la conversione di energia. Gli scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato una tecnica di visualizzazione altamente sofisticata che consente di identificare le cause di danni per i catalizzatori, su una scala di pochi nanometri.
Nuova tecnica per la degradazione delle immagini relativa a catalizzatori nel proprio ambiente nativo
Le celle a combustibile convertono l’energia chimica in energia elettrica mediante la reazione di idrogeno e ossigeno su due elettrodi diversi. Catalizzatori funzionali come per esempio platino e altri metalli preziosi svolgono un ruolo importante nel rendere la conversione dell’energia più efficiente, ma spesso subiscono danni irreversibili. Le tecniche normalmente utilizzate per analizzare la struttura e la morfologia dei campioni di metallo all’interno di un mezzo secco non possono essere applicate per singole particelle in soluzione, poiché queste non sono statiche.

Il progetto ELWBINSTEM (Development of electrochemical water based in-situ TEM and study of platinum based nanoparticles potential- and time-dependent changes), finanziato dall’UE, ha risposto a tale sfida con lo sviluppo di una tecnica di visualizzazione basata sulla microscopia elettronica di trasmissione (transmission electron microscopy, TEM) in situ, che correla direttamente i cambiamenti strutturali del catalizzatore su scala atomica mediante adeguate proprietà fisiche e chimiche. L’innovativo metodo di imaging che migliora la comprensione della correlazione tra prestazioni elettrochimiche e proprietà fondamentali del platino può fornire una risoluzione 10 volte più elevata rispetto allo stato dell’arte.

Gli scienziati hanno sviluppato una tecnica nota come TEM elettrochimica in situ a base fluida, per lo studio dei catalizzatori metallici nel proprio ambiente nativo liquido. Questa tecnica TEM in situ con liquido utilizza speciali supporti TEM che mantengono il liquido in un contenitore chiuso, proteggendo così il provino metallico dall’ambiente ad alto vuoto del microscopio, e il microscopio dal liquido. Per creare questa camera che isola il metallo dal vuoto del microscopio, il supporto del microscopio TEM contiene due placche di silicio con membrane sottili in nitruro di silicio. La camera è collegata a un potenziostato esterno.

Utilizzando questa tecnica altamente sofisticata, scienziati e ingegneri dovrebbero beneficiare sia dell’alta risoluzione dei moderni microscopi elettronici che delle capacità analitiche di questo sistema elettrochimico (supporto TEM). Ciò permetterà agli scienziati di fornire ulteriori comprensioni circa le proprietà fisiche fondamentali della nanocatalisi, e di ottimizzare non solo le celle a combustibile, ma anche altri sistemi elettrochimici come le batterie.

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Keywords

Catalizzatore, platino, conversione di energia, ELWBINSTEM, elettrochimico, TEM in situ