Nanopartikler bruges som elektrokemiske katalysatorer.
(Phys.org) - Ved at ændre den hastighed, hvormed kemiske reaktioner finder sted, nanopartikelkatalysatorer opfylder utallige roller i industrien, den biomedicinske arena og hverdagen. De kan bruges til fremstilling af polymerer og biobrændstoffer, til forbedring af forurenings- og emissionskontrolanordninger at forbedre reaktioner, der er afgørende for brændselscelleteknologi og for syntese af nye lægemidler. Derfor er det vigtigt at finde nye og mere effektive nanopartikelkatalysatorer til at udføre disse nyttige funktioner.
Nu Nongjian (NJ) Tao, en forsker ved Arizona State University's Biodesign Institute, har fundet en smart måde at måle katalytiske reaktioner af enkelte nanopartikler og flere partikler trykt i arrays, som vil hjælpe med at karakterisere og forbedre eksisterende nanopartikelkatalysatorer, og fremme søgen efter nye.
De fleste katalytiske materialer syntetiseret i laboratorier indeholder partikler med forskellige størrelser og former, der hver har forskellige elektrokatalytiske aktiviteter, men de konventionelle metoder måler de gennemsnitlige egenskaber for mange nanopartikler, som smører egenskaberne af individuelle nanopartikler ud.
"Evnen til at måle katalytiske reaktioner med enkelte nanopartikler gør det muligt at bestemme forholdet mellem effektiviteten af en katalytisk reaktion og størrelsen, form, og sammensætning af nanopartiklen. "Tao forklarede." En sådan billeddannelsesevne gør det også muligt at afbilde arrays af nanopartikelkatalytiske reaktioner, som kan bruges til hurtig screening af forskellige nanopartikler, " han tilføjede.
I den aktuelle undersøgelse, platin nanopartikler, der fungerer som elektrokemiske katalysatorer, undersøges ved hjælp af den nye teknik, kendt som plasmonisk elektrokemisk billeddannelse. Metoden kombinerer den rumlige opløsning af optisk detektion med den høje følsomhed og selektivitet af elektrokemisk genkendelse.
Resultaterne af undersøgelsen vises i denne uges avancerede online -udgave af tidsskriftet Naturnanoteknologi .
Scanning af elektrokemisk mikroskopi (SECM) er blevet brugt til at afbilde elektrokemiske reaktioner ved mekanisk at scanne en prøveoverflade ved hjælp af en mikroelektrode. I denne proces, men billedhastighed er begrænset, og tilstedeværelsen af selve mikroelektroden kan påvirke prøven og ændre resultater.
Den nye metode bygger i stedet på billeddannelse af elektrokemiske reaktioner optisk baseret på fænomenet overfladeplasmonresonans. Overfladeplasmoner er svingninger af frie elektroner i en metalelektrode, og kan skabes og registreres med lys. Hver elektrokemisk reaktion ledsages af udveksling af elektroner mellem reaktanter og elektroder, og de konventionelle elektrokemiske metoder, herunder SECM, opdage elektronerne.
"Vores tilgang er at måle elektrokemiske reaktioner uden direkte at detektere elektronerne." Sagde Tao. "Tricket er at opdage omdannelsen af reaktanten til reaktionsprodukter forbundet med udveksling af elektroner." Sådan omdannelse i nærheden af elektroden påvirker plasmon, forårsager ændringer i lysreflektivitet, som teknikken konverterer til et optisk billede.
Brug af plasmonisk elektrokemisk strømbilleddannelse, Taos gruppe undersøgte den elektrokatalytiske aktivitet af platin nanopartikler trykt i et mikroarray på en guld tyndfilm elektrode, demonstrerer for første gang gennemførligheden af screening med høj gennemstrømning af nanopartiklers katalytiske aktiviteter.
Derudover den nye undersøgelse viser, at den samme metode kan bruges til at undersøge individuelle nanopartikler. Da et elektrisk potentiale påføres elektroden og cykler gennem en række værdier, nanopartikler vises tydeligt som pletter på arrayet. Effekten kan ses i ledsagende videoer, hvor nanopartikelpletter 'udvikler' sig over tid, efterhånden som de potentielle ændringer omtrent som et polaroidbillede gradvist vises.
Mikroarrays med forskellige overfladetætheder af nanopartikler blev også produceret til undersøgelsen. Resultaterne viste, at elektrokatalytisk strøm ved et givet potentiale stiger proportionalt med nanopartikeldensitet. Yderligere, når individuelle nanopartikler blev karakteriseret ved hjælp af SPR -mikroskopi, atomkraftmikroskopi (AFM) og transmissionselektronmikroskopi (TEM), der blev vist god overensstemmelse mellem resultaterne, yderligere validering af den nye teknik.
Tao bemærker, at i princippet plasmonisk elektrokemisk billeddannelse-en hurtig og ikke-invasiv teknik, der tilbyder de kombinerede fordele ved optisk og elektrokemisk detektion-kan anvendes på andre fænomener, for hvilke konventionelle elektrokemiske detektionsmetoder i øjeblikket anvendes.