Nanopartiküllerin büyümesini ışınlamak için X ışınları kullanılıyor mu?
Hidrojen yakıt hücresi umut verici bir temiz ve yenilenebilir enerji üretim teknolojisidir, ancak katot malzeme maliyeti ve etkinliği ticarileştirme için büyük bir zorluktur. Çoğu yakıt hücresi, yenilenebilir yakıtların elektriğe dönüştürülmesine yardımcı olmak için pahalı platin bazlı katalizörlere (kimyasal reaksiyonları başlatabilen ve hızlandırabilen maddeler) ihtiyaç duyar. Hidrojen yakıt hücrelerini ticari olarak uygulanabilir kılmak için bilim adamları, saf platin ile aynı verimliliği sağlayan daha ekonomik katalizörler arıyorlar. Piller gibi, hidrojen yakıt hücreleri de depolanan kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Ulusal Senkrotron Işık Kaynağı II (nsss-II), Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi (Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi), Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) 'nde bir bilim adamı olan Adrian Hunt tarafından geliştirilmiştir. )Söyle:
Park Biliminin Popülerleştirilmesini Kırdı: Ucuz ve etkili bir hidrojen yakıt hücresi katalizörü bulmak, temelde bu teknolojiyi daha uygulanabilir hale getirmek için kutsal bir kasedir. Yakıt hücresi katot malzemeleri üzerine yapılan küresel araştırmada, Akron Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bir oktahedron (oktahedron) oluşturmak için metallerin (platin ve nikel) bir kombinasyonu olan yeni bir katalizör sentez yöntemi geliştirdiler. Şekilli nanopartiküller. Bilim adamları, bu katalizörün saf platine en etkili alternatiflerden biri olduğunu doğrulamış olsalar da, neden oktahedron şeklinde büyüdüğünü tam olarak anlamadılar. Büyüme sürecini daha iyi anlamak için, Akron Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Brookhaven ve nsl-ii dahil olmak üzere birçok kurumla işbirliği yaptı. Akron Üniversitesi Kataliz Laboratuvarı'nın baş araştırmacısı Peng Zhenmeng şunları söyledi: Çok yönlü katalizörlerin nasıl oluştuğunu anlamak, yapı-performans korelasyonunun kurulmasında ve daha iyi katalizörlerin tasarlanmasında kilit bir rol oynar.
Brookhaven Laboratuvarı'ndaki bilim adamları soldan sağa Ge Mingyuan, Iradwikanari Waluyo ve Adrian Hunt. IOS ışın hattında yüksek verimli hidrojen yakıt hücresi katalizörlerinin büyüme yolunu incelediler. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Platin nikel sisteminin büyüme süreci çok karmaşıktır, bu nedenle bu zorlukların üstesinden gelmek için birkaç deneyimli ekip ile çalıştık. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nın en son teknolojisi, bu konudaki araştırmaya çok yardımcı oluyor. Araştırmacılar, NSLS-II süper sağ kanat X-ışını ile NSLS-II in-situ ve Operando yumuşak X-ışını spektroskopisi (IOS) ışın hattının gelişmiş performansıyla birleştirildiğinde, katalizör büyüme yolunun kimyasal karakterizasyonunu gerçek zamanlı olarak ortaya çıkardı. "on. IOS baş bilim insanı ve araştırma makalesinin ortak yazarı Iradwikanari Waluyo şunları söyledi: Büyüme reaksiyonları sırasında metallerin nanopartiküllerdeki etkilerini incelemek için çevresel basınç x-ışını fotoelektron spektroskopisi (AP-XPS) adı verilen bir araştırma tekniği kullandık. Yüzey bileşimi ve kimyasal durum Bu teknikte, X-ışınları doğrudan numune üzerine ışınlanır ve böylece elektronlar serbest bırakılır. Bu elektronların enerjisini analiz ederek numunedeki kimyasal elementlerin yanı sıra kimyasal ve oksidasyon durumlarını ayırt etmek mümkündür.
Bu, güneş ışığının giysilerimizle etkileşime girme şekline benzer. Güneş ışığı muhtemelen sarıdır, ancak bir kişinin gömleğine çarptığında gömleğin mavi mi, kırmızı mı yoksa yeşil mi olduğunu anlayabilirsiniz. Bilim adamları, renk kullanmak yerine katalizörün yüzeyindeki kimyasal bilgileri tespit edip içiyle karşılaştırıyorlar. Büyüme reaksiyonu sırasında metalik platinin ilk oluştuğu ve nanopartiküllerin çekirdeği haline geldiği bulundu. Daha sonra reaksiyon biraz daha yüksek bir sıcaklığa ulaştığında, platin metalik nikel oluşturmaya yardımcı olur ve bu daha sonra nanopartiküllerin yüzeyine ayrılır. Büyümenin son aşamasında, iki metalin yüzeyleri kabaca eşittir. Platin ve nikel arasındaki bu ilginç sinerji, nanopartiküllerin oktahedral şekli ve reaktivitesinin gelişiminde önemli bir rol oynadı. Bu bulguların yararı, nikelin ucuz bir malzeme iken platinin pahalı olmasıdır. Dolayısıyla, nanopartiküllerin yüzeyindeki nikel reaksiyonu katalize ederse, bu nanopartiküllerin kendileri hala platinden daha aktiftir.
Daha sonra, daha fazla araştırma yaparak, daha uygun maliyetli bir katalizör oluşturmak için hala yüksek aktiviteye sahipken eklenmesi gereken minimum platin miktarını hesaplayabileceğimizi umuyorum. Bu bulgular, araştırmacıların geleneksel XPS deneyleri için genellikle mümkün olandan daha yüksek gaz basınçlarında deneyler yapmalarına olanak tanıyan gelişmiş IOS özelliklerine dayanmaktadır. IOS sisteminde, nanopartiküllerin bileşimi ve kimyasal durumu, gerçek büyüme koşulları altında gerçek zamanlı olarak izlenebilir.
Ek röntgen ve elektronik görüntüleme çalışmaları, sırasıyla DOE Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda (başka bir DOE Bilim Kullanıcı Tesisleri Ofisi) ve Irvine, California Üniversitesi'ndeki Gelişmiş Foton Kaynağı'nda (APS) tamamlandı ve nls-ii'nin çalışmasını tamamladı. Bu temel çalışma, oktahedral katalizörlerin oluşumunda ayrılmış nikelin önemli rolünü vurgulamaktadır ve katalizör nanopartiküllerinin şekil kontrolünün daha derin bir şekilde anlaşılması elde edilmiştir. Bir sonraki adım, yapıları ve performansları arasındaki ilişkiyi anlamak için çok yönlü nanopartiküllerin katalitik performansını incelemektir.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Referans dergi makaleleri: "Nature Communications"
Kağıt DOI: 10.1038 / s41467-018-06900-z
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
