Forståelse af brintoptagelse af en enkelt palladiumnanopartikel

Et hold på fire forskere ved Stanford University og det hollandske energiforskningsinstitut DIFFER har for første gang bestemt mekanismen, hvorved nanometerstore partikler af palladium optager brint. Fordi nanopartiklernes egenskaber ændrer sig meget med deres størrelse, at vælge de rigtige typer nanopartikler giver dig mulighed for at finjustere materialernes egenskaber. Fundet blev offentliggjort i Naturmaterialer og kan føre til forbedret brintlagring og lithium-ion-batterier.

At komme rundt om gennemsnittet

At vide, hvilken nanopartikel man skal vælge til en applikation, viser sig at være en udfordring. "I konventionelle eksperimenter, forskere producerer og måler en lang række nanopartikler med varierende størrelser", forklarer avisens hovedforfatter Andrea Baldi (Stanford University og DIFFER). "Imidlertid, forskellen i adfærd mellem en partikel på 8 og 12 nm er enorm. Så når du gennemsnit over en hel gruppe af dem, resultatet fortæller dig ikke, hvilken adfærd der hører til hvilken partikel."

Forskerholdet, ledet af Stanford University's Jennifer Dionne, besluttede at opklare forholdet mellem nanopartikelstørrelser og deres egenskaber. Med hjælp fra Ai Leen Koh på universitetets Environmental Transmission Electron Microscope-facilitet, Dionne, Baldi og deres medforsker Turan C. Narayan formåede at udvælge individuelle nanopartikler og måle, hvor meget brint de indeholder, når de udsættes for varierende tryk af brintgas.

Shell model

Holdets resultater passer til en model, hvor en ydre skal af palladiumpartiklen først belaster brint. Absorption af brint får palladium til at svulme op med omkring 10 %, så skallen udvider sig og trækker partiklens kerne op for lettere at suge brint til sig. Jo mindre partikel, jo større er den ydre skals relative indflydelse på dens bulk. "Udover vores målinger af brintoptagelse, dette passer også til data om nanostrukturerede elektroder til lithium-ion-batterier. hvor mindre partikler har tendens til at oplade ved lavere potentialer."

Andrea Baldi:"Gennembruddet er, at vi nu kan måle og potentielt forudsige, hvordan en individuel partikels størrelse, form og krystalstruktur bestemmer dens mekanisme for brintoptagelse og frigivelse."

Zoomer yderligere ind

"I vores opfølgende forskning, vi ønsker at tage det næste skridt og se på, hvordan brint fordeles inden for en individuel nanopartikel", siger Baldi. "Det burde virkelig åbne et vindue for optagelsesprocessen."