Katodisk korrosion - ødelæggende, men forudsigelig

En indisk trinbrønd på nanoskala. Det er, hvad postdoc Nakkiran Arulmozhi kalder det mønster, han så, da han tærede en særlig slags platinkrystal. De unikke billeder viser processens destruktivitet, men også vise, hvor forudsigeligt det er.

Korrosion kan foregå på forskellige måder. Anodisk korrosion, for eksempel, er kendt som rust på din cykel. Overfladen oxiderer, og det dannede metaloxid kan opløses, hvis betingelserne er rigtige. "Først vi troede, at dette også ville ske med de virkelige platinelektroder, " siger Arulmozhi. Hitachi High-Tech Corporation, et japansk firma, spurgte Arulmozhis supervisor Marc Koper, Professor i katalyse og overfladekemi, at undersøge sliddet på elektroderne i håbet om, at de kunne forbedre deres levetid.

Uventet twist

Forskerne opdagede hurtigt, at der foregik noget andet og offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet PNAS . "Det virker meget sandsynligt, at dette ikke er anodisk, men katodisk korrosion, " siger Koper. I denne proces, et metal reduceres, skabe et metalhydrid. "Man skulle tro, at det overhovedet ikke er muligt, fordi et metal allerede er fuldstændig reduceret. Men under katodiske forhold, med andre ord ved en negativ spænding, platin korroderer."

De forbindelser, der opstår fra katodisk korrosion, er ekstremt ustabile, så du kan ikke måle dem direkte. "Vi må antage, at de dannes og reagerer med et vandmolekyle inden for meget kort tid, får dem til at oxidere igen til platin, " siger Koper. "Hvad vi kan se, imidlertid, er, at materialets struktur ændres."

Ikke tilfældigt

Arulmozhi visualiserede processen ved at korrodere specialdesignede platinkrystaller på en kontrolleret måde. En metaloverflade består normalt af et virvar af såkaldte facetter. I hver facet, atomerne er arrangeret på en bestemt måde. Arulmozhi lavede krystallerne på en sådan måde, at han vidste præcis, hvor hver facet er placeret, og hvordan den atomare struktur er opbygget.

"Jeg så, at slidprocessen for platin er forskellig fra facet, " siger Arulmozhi. På billederne, du kan se, hvordan den grønfarvede facet, Pt(110), tærer næsten ikke, mens den blåfarvede overflade, Pt(100), gennemgår en proces, som forskerne kalder fraktal ætsning. "Slidningen starter i form af en firkant. Langsomt ændres dette til en omvendt pyramide, hvor der til sidst skabes en smuk fraktal med forskellige grene. De minder mig om en indisk trinbrønd, men på nanoskala."

"Vi havde aldrig forventet, at denne proces ville være så velordnet, " siger Koper. "Det gør katodisk korrosion forudsigelig, og forhåbentlig kan vi gøre smart brug af det, for eksempel ved at designe platinelektroder med kun atomare strukturer, der ikke eller næsten ikke korroderer."

I andre tilfælde, katodisk korrosion er en ønskelig faktor. "Du kan lave nanopartikler med dem, " siger Arulmozhi. "Disse skabes, når en metalpartikel bryder løs fra overfladen gennem korrosion og binder sig til en anden metalpartikel i opløsningen. I så fald vil du have et materiale af facetter, der let bliver slidt, såsom Pt(100)."