Neue Technik zur Bilddegradation von Katalysatoren in ihrer nativen Umgebung
Brennstoffzellen wandeln chemische Energie in Elektrizität um, indem sie Wasserstoff und Sauerstoff an zwei verschiedenen Elektroden reagieren lassen. Funktionelle Katalysatoren wie Platin und andere Edelmetalle spielen eine wichtige Rolle, um die Energieumwandlung effizienter zu gestalten, sie erleiden jedoch oft irreversible Schäden. Bildgebungstechniken, die routinemäßig verwendet werden, um Struktur und Morphologie von Metallproben in einem trockenen Medium zu analysieren, können nicht in einzelnen Teilchen in einer Lösung angewendet, weil sie nicht statisch sind. Das EU-geförderte Projekt ELWBINSTEM (Development of electrochemical water based in-situ TEM and study of platinum based nanoparticles potential- and time-dependent changes) reagierte auf diese Herausforderung, durch Entwicklung einer Visualisierungstechnik, die auf in situ Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) beruht, die die strukturellen Veränderungen des Katalysators auf der atomaren Skala direkt mit seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften korreliert. Das fortgeschrittene neue Bildgebungsverfahren, welches das Verständnis der Korrelation zwischen der elektrochemischen Leistung und den grundlegenden Eigenschaften von Platin verbessert, kann eine 10-fach höhere Auflösung im Vergleich zum Stand der Technik liefern. Wissenschaftler entwickelten eine elektrochemische wasserbasierte in situ TEM genannte Technik, um Metallkatalysatoren in ihrer nativen flüssigen Umgebung zu untersuchen. Diese flüssige in situ TEM-Technik nutzt spezielle TEM-Halter, die die Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter zurückhalten, wodurch die Metallprobe vor der Hochvakuumumgebung des Mikroskops und das Mikroskop vor der Flüssigkeit geschützt werden. Um diese Kammer zu bilden, die das Metall vom Mikroskop-Vakuum isoliert, verwendet der TEM-Halter ein Paar Siliziumchips mit dünnen Siliziumnitrid-Membranen. Die Kammer ist mit einem externen Potentiostaten verbunden. Durch die Nutzung dieser hochentwickelten Technik sollten Wissenschaftler und Ingenieure von der hohen Auflösung moderner Elektronenmikroskope und von den analytischen Fähigkeiten dieses elektrochemischen Systems (TEM Halter) profitieren. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, weitere Einblicke in die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Nanokatalysatoren zu erhalten und nicht nur Brennstoffzellen, sondern auch andere elektrochemische Systeme wie Batterien zu optimieren.
Schlüsselbegriffe
Katalysator, Platin, Energieumwandlung, ELWBINSTEM, elektrochemisch, in situ TEM
