• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Kemiskt avbildningsmikroskop visar korrugerad yta av gamma-aluminiumoxid

    Ytan på de plattliknande partiklarna är långt ifrån slät, enligt en ny transmissionselektronmikroskopistudie utförd av Pacific Northwest National Laboratory och FEI Company.

    (Phys.org) – Varken smidig eller oordnad, gamma-aluminiumoxid nanopartiklar är korrugerade med små porer inuti, enligt forskare vid Pacific Northwest National Laboratory. Med hjälp av ett kraftfullt transmissionselektronmikroskop, teamet fick ultrahögupplösta bilder och kemiska data om partikelns yta. De fann att partiklarna var täckta med åsar gjorda av en mer öppen, ändå symmetrisk, arrangemang av atomer. Det öppna arrangemanget på ytorna, noteras som (110), täcker 70 % av nanopartikeln.

    Genom att förstå strukturen och funktionen hos små gamma-aluminiumoxidpartiklar, forskare tar avgörande steg för att optimera och realisera nya användbara egenskaper för dessa material. "Om vi ​​kan lära oss om ytorna, då kan vi skräddarsy dem och göra dem mer effektiva i katalytiska tillämpningar, " sa Dr Libor Kovarik, som ledde avbildningsstudien som en del av PNNL:s Chemical Imaging Initiative.

    Varför det är viktigt:Att minska raffinaderiernas energibehov eller bil- och lastbilsutsläpp kräver effektiva katalysatorer på hållbara stödmaterial. Stödmaterialet måste tåla kraftiga temperatur- och tryckförändringar. Gamma-aluminiumoxid har studerats omfattande, men dess atomarrangemang har inte fastställts på grund av utmaningen att få en detaljerad bild av detta komplexa material. Att noggrant beskriva atomstrukturen är avgörande för att förstå och dra nytta av de bästa egenskaperna hos gamma-aluminiumoxid.

    "Katalytisk forskning kräver denna typ av toppmodern kemisk avbildningsforskning, sade Dr Charles Peden, en heterogen katalysforskare som arbetade med studien, och en biträdande direktör för PNNL:s Institute for Integrated Catalysis. "Dr. Kovariks enastående nya bilder från detta kraftfulla mikroskop har gett oöverträffad ny information om ett katalysatormaterial av enorm praktisk användbarhet."

    Teamet började med en ny materialsyntesmetod, och ett nytt mikroskop för att få fram bilderna och tolka tillhörande kemiska data. Med syntesmetoden, laget producerade rombformade partiklar av gamma-aluminiumoxid, Al 2 O 3 , som var 30 till 50 nanometer tvärs över och 10 till 20 nanometer tjocka. Teamet täckte ytan på aluminiumoxidpartiklarna med katalytiska platinapartiklar i nanostorlek.

    De placerade dessa katalysatorpartiklar på ett galler och inuti en specialiserad cell. Cellen passades sedan in i ett mikroskop som använder en elektronstråle, snarare än ljus, för att få bilder. Detta instrument är ett sfäriskt aberrationskorrigerat transmissionselektronmikroskop med en ringformig mörkfältsdetektor med hög vinkel. Teamet opererade mikroskopet, eller TEM, i två olika lägen, faskontrast och skanning. På det här sättet, de fick detaljerade tredimensionella bilder som kunde skäras upp med specialiserad programvara som gav helt nya vyer.

    "Transmissionselektronmikroskopi är den enda tekniken som kan ge direkt visualisering av detta komplexa material. Medan spektroskopi ger en mängd information om den kemiska bindningsmiljön för atomer på dessa ytor, endast TEM kan ge oss en direkt bild och avslöja de fina strukturella egenskaperna hos materialytorna, sa Kovarik.

    Teamet fann att ytan på partiklarna var korrugerad på atomnivå. Ytan förändras avsevärt under syntesen, med 70 % av den relativt plana ytan, hänvisad till som (110), förvandlas till ett mer öppet arrangemang av korta triangulärt formade utsprång med (111) fasetter.

    Skär upp TEM-bilderna, teamet upptäckte porer i de plattliknande partiklarna. De avlånga porerna, cirka 2 till 4 nanometer bred, spreds över hela materialet. Förvånande, ytorna inuti porerna har inte samma struktur som de på partiklarnas yttre ytor.

    "När du kan se och förstå ett komplext system, du kan skapa en tidsbas för att kontrollera det systemet, " sa Dr Louis Terminello, som leder Chemical Imaging Initiative vid PNNL.

    Att se den korrugerade ytan och de avlånga porerna inuti aluminiumoxidpartiklarna ger forskarna ledtrådar till att skräddarsy gamma-aluminiumoxiden och andra typer av katalysatorstödpartiklar. Detta arbete är en del av ett större arbete för att belysa den elektroniska och atomära strukturen hos katalysatorer och energilagringsmaterial.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com