Wetenschappers gebruiken Nobelprijs winnende chemie voor doorbraak in schone energie

Wetenschappers hebben een Nobelprijs winnende chemietechniek gebruikt om mogelijk de kosten van brandstofcellen in elektrische auto's te verlagen en de schadelijke uitstoot van conventionele voertuigen te verminderen.

Wetenschappers hebben een Nobelprijs winnende techniek weten toe te passen waarmee ze op atomaire schaal de chemie in metalen nanodeeltjes kunnen onthullen.  Deze materialen zijn een van de meest effectieve katalysatoren voor energieomzettingssystemen zoals brandstofcellen. Het is de eerste keer dat deze techniek wordt toegepast.

De deeltjes hebben een complexe stervormige geometrie en hebben verschillende chemische eigenschappen die nu kunnen worden afgestemd om de kosten van batterijen en katalysatoren te verminderen.

De Nobelprijs voor de Scheikunde 2017 werd toegekend aan Joachim Frank, Richard Henderson en Jacques Dubochet voor hun rol in het pionieren van de techniek van 'reconstructie van afzonderlijke deeltjes'. Deze elektronenmicroscopietechniek heeft de structuren van een enorm aantal virussen en eiwitten onthuld maar wordt meestal niet gebruikt voor metalen.

Nu heeft een team van de Universiteit van Manchester, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Oxford en Macquarie University, de Nobelprijs winnende techniek voortgebouwd om driedimensionale elementaire kaarten te maken van metalen nanodeeltjes bestaande uit slechts enkele duizenden atomen.

Gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters, hebben de onderzoek aangetoond dat het mogelijk is om verschillende elementen op nanometerschaal in drie dimensies in kaart te brengen, zonder dat er schade aan de bestudeerde deeltjes wordt aangericht.

 

Waarom dit belangrijk is

Metalen nanodeeltjes zijn de belangrijkste component in veel katalysatoren, zoals die gebruikt worden om giftige gassen in auto-uitlaten om te zetten. Hun effectiviteit is in hoge mate afhankelijk van hun structuur en chemie, maar vanwege hun ongelooflijk kleine structuur zijn elektronenmicroscopen vereist om ze te kunnen afbeelden. De meeste beeldvorming is echter beperkt tot 2D-projecties.

 

cac4c39235197eabf524c30c189fdb58_medium.

Sarah Haigh - University of Manchester

"We roteren het deeltje meestal en nemen beelden van alle kanten, zoals een CT-scan in een ziekenhuis, maar deze deeltjes raken te snel beschadigden om een 3D-beeld te kunnen opbouwen. Biologen gebruiken een andere benadering voor 3D-beeldvorming en we besloten om onderzoeken of dit samen met spectroscopische technieken kan worden gebruikt om de verschillende elementen in de nanodeeltjes in kaart te brengen. "

In de huidige studie is de nieuwe 3D-methode voor chemische beeldvorming gebruikt om metaalnanodeeltjes van platina-nikkel (Pt-Ni) te onderzoeken.

bbc89b93170ee1a4e443d2b92e2bf20b_medium.

Hoofdauteur Yi-Chi Wang

Hoofdauteur Yi-Chi Wang,  voegde hieraan toe: "Op platina gebaseerde nanodeeltjes zijn een van de meest effectieve en meest gebruikte katalytische materialen in toepassingen zoals brandstofcellen en batterijen. Onze nieuwe inzichten over de 3D lokale chemische distributie zou onderzoekers kunnen helpen om betere katalysatoren te ontwerpen die goedkoop en zeer efficiënt zijn. "

 

 

Bronnen

  1. Yi-Chi Wang, Thomas J. A. Slater, Gerard M. Leteba, Alan M. Roseman, Christopher P. Race, Neil P. Young, Angus I. Kirkland, Candace I. Lang, Sarah J. Haigh. Imaging Three-Dimensional Elemental Inhomogeneity in Pt–Ni Nanoparticles Using Spectroscopic Single Particle ReconstructionNano Letters, 2019; DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03768
107

0 Reacties

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *

Name *
Email *
Website