Onderzoekers ontwikkelen een instelbaar proces voor het creëren van nanodeeltjes met metalen glas voor katalyse

Onderzoekers van NYU Tandon hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het synthetiseren van metalen glazen nanodeeltjes die geraffineerde controle over grootte, samenstelling en atoomstructuur bieden – cijfers die lang worden gezocht in het ontwerp van geavanceerde katalytische materialen die worden gebruikt in chemische reacties die sleutel tot vooruitgang in duurzaamheid en andere velden.

In de papier “Metallic Glass Nanodeeltjes gesynthetiseerd via Flash Joule -verwarming” Gepubliceerd in ACS nanoeen team onder leiding van André D. Taylor, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering, beschrijft hoe een techniek die bekend staat als Flash Joule-verwarming, snel amorfe palladiumgebaseerde nanodeeltjes kan produceren met reproduceerbare en instelbare kenmerken.

Metalen glazen zijn niet-kristallijne metalen met unieke eigenschappen, zoals verbeterde corrosieweerstand en katalytische activiteit. Maar het produceren van ze in nanodeeltjesvorm met specifieke kenmerken heeft moeilijkheden gesteld, vooral als het gaat om het beheersen van koelsnelheden tijdens de productie.

De methode van het team omvat het verzenden van een elektrische puls door een voorlopermateriaal, het snel verwarmen en deze vervolgens met een gecontroleerde snelheid kunnen afkoelen. Dit proces levert metalen glazen nanodeeltjes op met consistente maten – gemiddeld ongeveer 2,33 nanometer – en op maat gemaakte legeringscomposities. Onder de geproduceerde nanodeeltjes waren PD-P-, PD-NI-P- en PD-CU-P-systemen.

“Flash Joule-verwarming geeft ons een manier om het syntheseproces te verfijnen en de effecten van fase en samenstelling te isoleren,” zei Taylor. “Dit maakt het gemakkelijker om de structuur-eigenschapsrelatie in metalen glazen systemen te onderzoeken, vooral voor toepassingen zoals elektrokatalyse.”

Om de prestaties te evalueren, testten de onderzoekers de amorfe nanodeeltjes als elektrokatalysatoren voor de zuurstofevolutiereactie (OER) – een kritische stap in elektrochemische watersplitsing. Ze ontdekten dat de metalen glazen nanodeeltjes aanzienlijk lagere beginpotentialen vertoonden, met ongeveer 300 millivolt, vergeleken met hun kristallijne tegenhangers. De materialen vertoonden ook stabiel katalytisch gedrag gedurende langere bedrijfstijden tot 60 uur.

“Metaalglas is al vele jaren een focus van onderzoek in ons laboratorium, en deze flash -joule -verwarmingsmethode is een belangrijke stap voorwaarts in ons vermogen om deze materialen met precisie te synthetiseren,” zei Hang Wang (Ph.D. ’24), de hoofdauteur van het papier en een Ph.D. Kandidaat in het lab van Taylor ten tijde van het onderzoek.

“Wat bijzonder opwindend is, is hoe deze aanpak uiteindelijk verder zou kunnen schalen dan laboratoriumomgevingen. In tegenstelling tot andere methoden voor nanomateriale synthesemethoden die beperkt blijven tot kleine batches, kan deze techniek de kloof overbruggen tussen onderzoek en real-world implementatie in energietoepassingen.”

De studie biedt een nieuwe aanpak om amorfe legeringssystemen op nanoschaal systematisch te verkennen en kan voortdurende inspanningen ondersteunen in energieopslag, katalyse en ontwikkeling van elektronische materialen. Hoewel het werk zich richt op palladiumgebaseerde systemen, kan de methode worden aangepast voor andere legeringssystemen die profiteren van amorfe structuren.