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.
Słowa kluczowe
Katalizator, platyna, konwersja energii, ELWBINSTEM, elektrochemiczny, in situ, TEM
