Platin danner nano-bobler

Platin, et ædelt metal, oxideres hurtigere end forventet under forhold, der er teknologisk relevante. Det fremgår af en undersøgelse udført i fællesskab af DESY NanoLab og universitetet i Wien. Enheder, der indeholder platin, såsom de katalysatorer, der bruges til at reducere udstødningsemissioner i biler, kan lide tab i effektivitet som følge af denne reaktion. Et team ledet af hovedforfatteren Thomas Keller, fra DESY og universitetet i Hamburg, har offentliggjort en nylig undersøgelse af dette fænomen i Solid State Ionics .

"Platin er et ekstremt vigtigt materiale i teknologisk henseende, " siger Keller. "Betingelserne, hvorunder platin gennemgår oxidation, er endnu ikke fuldt ud fastlagt. At undersøge disse forhold er vigtigt for et stort antal ansøgninger."

Forskerne undersøgte et tyndt lag platin, der var blevet påført en yttria-stabiliseret zirconia-krystal (YSZ-krystal), den samme kombination, som bruges i lambdasensoren i bilers udstødningssystemer. YSZ-krystallen er en såkaldt ionleder, hvilket betyder, at det leder elektrisk ladede atomer (ioner), i dette tilfælde oxygenioner. Det dampaflejrede lag af platin fungerer som en elektrode. Lambdasensoren måler iltindholdet i udstødningsgasserne i bilen og omdanner dette til et elektrisk signal, som igen styrer forbrændingsprocessen elektronisk for at minimere giftige udstødninger.

Hos DESY NanoLab, videnskabsmændene anvendte en potentialforskel på omkring 0,1 volt på den platinbelagte YSZ-krystal og opvarmede den til omkring 450 grader Celsius - forhold svarende til dem, der findes i mange tekniske enheder. Som resultat, oxygen opsamlet under den uigennemtrængelige platinfilm og når tryk på op til 10 bar, svarende til det i dæk på en lastbil. Det tryk, som ilten udøver, sammen med den forhøjede temperatur, fik små bobler til at dannes inde i platinfilmen, typisk med en diameter på omkring 1000 nanometer (0,001 millimeter). "Platin blærer er et udbredt fænomen, og vi vil gerne udvikle en bedre forståelse af det, " forklarer Keller. "Vores undersøgelse kan også betragtes som repræsentativ for denne type elektrokemiske fænomener ved en række andre grænselag."

Forskerne brugte en fokuseret ionstråle (FIB) som en slags ultraskarp skalpel for at åbne platinboblerne og undersøge deres indre nærmere. De fandt ud af, at den indre overflade af boblerne var foret med et lag platinoxid, som kunne være op til 85 nanometer tykt, meget tykkere end forventet.

"Denne massive oxidation fandt sted under forhold, hvorunder den normalt ikke observeres, " rapporterer medforfatter Sergey Volkov, der har skrevet sin doktorafhandling ved universitetet i Hamburg om emnet. "Som regel, platin er et meget stabilt materiale, det er netop derfor, det er valgt til mange applikationer, såsom katalysatorer i biler, fordi det ikke er let at ændre. Vores observationer er derfor vigtige for sådanne applikationer." Forskerne formoder, at det høje tryk af ilten i boblen fremskynder oxidationen af ​​metallet. Dette skal tages i betragtning ved driften af ​​elektrokemiske sensorer.