ORNL-mikroskopi afslører funktionerne bag en lovende billig katalysator

(Phys.org) - Et nyudviklet kulstof nanorørmateriale kunne hjælpe med at sænke omkostningerne ved brændselsceller, katalysatorer og lignende energirelaterede teknologier ved at levere en erstatning for dyre platinkatalysatorer.

Det ædle metal platin har længe været værdsat for dets evne til at anspore vigtige kemiske reaktioner i en proces kaldet katalyse, men for mere end $1, 000 en ounce, dens høje pris er en begrænsende faktor for applikationer som brændselsceller, som er afhængige af metallet.

I en søgen efter et billigt alternativ, et hold inklusive forskere fra Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory vendte sig mod kulstof, et af de mest rigelige elementer. Ledet af Stanford University's Hongjie Dai, holdet udviklede et flervægget kulstof nanorør-kompleks, der består af cylindriske plader af kulstof.

Når den ydre væg af komplekset blev delvist "lukket ud" med tilsætning af ammoniak, materialet viste sig at udvise katalytiske egenskaber sammenlignelige med platin. Selvom forskerne havde mistanke om, at kompleksets egenskaber skyldtes tilsat nitrogen og jernurenheder, de kunne ikke verificere materialets kemiske opførsel, før ORNL-mikroskopister afbildede det på atomniveau.

"Med konventionel transmissionselektronmikroskopi, det er svært at identificere elementer, " sagde teammedlem Juan-Carlos Idrobo fra ORNL. "Ved at bruge en kombination af billeddannelse og spektroskopi i vores scanningstransmissionselektronmikroskop, identifikationen af ​​elementerne er ligetil, fordi intensiteten af ​​billederne i nanoskala fortæller dig, hvilket element det er. Jo lysere intensiteten er, jo tungere element. Spektroskopi kan derefter identificere det specifikke element. "

ORNL mikroskopisk analyse bekræftede, at nitrogen- og jernelementerne faktisk var inkorporeret i kulstofstrukturen, forårsager de observerede katalytiske egenskaber svarende til platin. Det næste skridt for teamet er at forstå forholdet mellem nitrogen og jern for at afgøre, om elementerne arbejder sammen eller uafhængigt.