Katalysatoraflejring på skrøbelige spåner

Elektrokatalysatorer kan hjælpe med at skaffe kemikalier fra vedvarende råvarer eller bruge alternative energikilder. Men at teste nye katalysatorer giver udfordringer.

Forskere ved Ruhr-Universität Bochum (RUB) og Universitetet i Duisburg-Essen har udviklet en ny metode til at afsætte katalysatorpartikler på bittesmå elektroder. Det er billigt, enkel og hurtig at udføre. For at karakterisere katalysatorer og teste deres potentiale til forskellige anvendelser, forskere skal fiksere partiklerne til elektroder, så de derefter kan undersøges, for eksempel, med transmissionselektronmikroskopi.

Den nye metode er beskrevet af Dr. Tsvetan Tarnev og professor Wolfgang Schuhmann fra Center for Elektrokemi ved RUB med Steffen Cychy og professor Martin Muhler, RUB Formand for teknisk kemi, samt professor Corina Andronescu, Universitetet i Duisburg-Essen, og Dr. Yen-Ting Chen fra Bochum Center for Solvation Science i tidsskriftet Angewandte Chemie , offentliggjort online den 20. januar 2020.

Vaffeltynde elektroder

Ved transmissionselektronmikroskopi, TEM for kort, en tynd elektronstråle sendes gennem prøven for at observere de elektrokemiske processer, der finder sted ved en elektrode. For at bjælken kan trænge ind i strukturerne, alle prøvekomponenter skal være meget tynde. Diameteren af ​​elektroden, som katalysatoren påføres på, er derfor kun ti mikrometer.

Aflejring af katalysatorpartikler dråbe for dråbe

Med tidligere metoder, katalysatorpartiklerne var enten fordelt jævnt gennem prøven, dvs. selv hvor de ikke var nødvendige, eller der blev brugt metoder, der kunne beskadige materialet. Begge ulemper er elimineret med den nye metode, som er baseret på scanning elektrokemisk cellemikroskopi. Forskerne fylder et glas kapillær med en væske, der indeholder katalysatorpartiklerne. De nærmer sig derefter kapillæren til elektroden, hvorpå partiklerne skal aflejres. En lille dråbe af partikelvæsken hænger ved den nederste åbning af kapillæren.

Forskerne nærmer sig kapillæren til elektroden, indtil væskedråben kommer i kontakt med elektroden og lukker et elektrisk kredsløb. Dette stopper automatisk tilgangen, forhindre beskadigelse af materialet. Forskerne trækker derefter kapillæren tilbage, men væskedråben forbliver på elektroden. Dette trin kan gentages så ofte som nødvendigt. Endelig, forskerne fordamper opløsningsmidlet, så kun katalysatorpartiklerne er tilbage, som nu er fastgjort til elektroden.

Velegnet til mange katalysatormaterialer

"Når metoden er fastlagt, det tilbyder en ren, nem at bruge og variabel måde at påføre og måle et stort antal forskellige katalysatormaterialer stabilt og reproducerbart på flydende celle TEM-chips, siger Wolfgang Schuhmann.