Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Nowa technika obrazowania degradacji katalizatorów w ich naturalnym środowisku

Mimo że ogniwa paliwowe są uważane za jedną z najczystszych technologii wytwarzania energii elektrycznej, niska wydajność i słaba stabilność katalizatorów na bazie platyny sprawiają, że konwersja energii w takich urządzeniach jest utrudniona. Naukowcy przy wsparciu funduszy unijnych opracowali bardzo wyrafinowaną technikę wizualizacji, która umożliwia identyfikację przyczyny uszkodzeń katalizatora w skali kilku nanometrów.
Nowa technika obrazowania degradacji katalizatorów w ich naturalnym środowisku
Ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną w reakcji wodoru z tlenem na dwóch różnych elektrodach. Funkcjonalne katalizatory, takie jak platyna i inne metale szlachetne, odgrywają znaczącą rolę w uzyskiwaniu bardziej wydajnych technik konwersji energii, ale często ulegają nieodwracalnemu uszkodzeniu. Techniki obrazowania, zazwyczaj używane do analizy struktury i morfologii gatunków metali w środowisku suchym, nie mogą być zastosowane do pojedynczych cząsteczek w roztworze, gdyż nie są one statyczne.

W odpowiedzi na te wyzwania uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu ELWBINSTEM (Development of electrochemical water based in-situ TEM and study of platinum based nanoparticles potential- and time-dependent changes) opracowali technikę wizualizacji opartą na transmisyjnej mikroskopii elektronowej in situ (TEM), która bezpośrednio wiąże zmiany strukturalne katalizatora w skali atomu z jego właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Dzięki nowej zaawansowanej metodzie obrazowania, rozwijającej wiedzę na temat związków pomiędzy wydajnością elektrochemiczną a podstawowymi właściwościami platyny, można uzyskać rozdzielczość 10-krotnie większą w porównaniu z nowymi technologiami.

Naukowcy opracowali technikę, zwaną elektrochemiczną transmisyjną mikroskopią elektronową in situ z użyciem wody, przeznaczoną do badań katalizatorów na bazie metali w ich naturalnym środowisku ciekłym. Ta technika ciekłej TEM in situ wykorzystuje specjalne uchwyty TEM, które utrzymują ciecz w zamkniętym pojemniku, a tym samym zabezpieczają próbkę metalu przed wysokopróżniowym środowiskiem mikroskopu, a mikroskop chronią przed działaniem cieczy. W celu utworzenia takiej komory, która izoluje metal od próżni mikroskopu, uchwyt TEM zawiera parę układów krzemowych z cienkimi membranami zbudowanymi z azotku krzemu. Komora ta jest połączona z zewnętrznym potencjostatem.

Stosując tę bardzo zaawansowaną technikę, naukowcy i inżynierowie powinni uzyskać korzyści, związane zarówno z nowoczesnymi mikroskopami elektronowymi o wysokiej rozdzielczości, jak i analitycznymi możliwościami omawianego układu elektrochemicznego (uchwyt TEM). Umożliwi to naukowcom dokładniejsze poznanie podstawowych właściwości fizycznych nanokatalizatorów i pozwoli na optymalizację nie tylko ogniw paliwowych, ale również innych układów elektrochemicznych, takich jak baterie.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Katalizator, platyna, konwersja energii, ELWBINSTEM, elektrochemiczny, in situ, TEM
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę