Platina, en ädel metall, oxideras snabbare än förväntat under förhållanden som är tekniskt relevanta. Detta har framkommit i en studie som genomförts gemensamt av DESY NanoLab och universitetet i Wien. Enheter som innehåller platina, såsom katalysatorer som används för att minska avgasutsläppen i bilar, kan lida av en förlust i effekt som ett resultat av denna reaktion. Ett team ledd av huvudförfattaren Thomas Keller, från DESY och universitetet i Hamburg, har publicerat en nyligen genomförd studie av detta fenomen i Solid State Jonics .

"Platina är ett extremt viktigt material i tekniska termer, " säger Keller. "Förutsättningarna under vilka platina genomgår oxidation har ännu inte fastställts helt. Att undersöka dessa villkor är viktigt för ett stort antal ansökningar."

Forskarna studerade ett tunt lager av platina som hade applicerats på en yttria-stabiliserad zirkoniumoxidkristall (YSZ-kristall), samma kombination som används i lambdasensorn i bilavgassystem. YSZ-kristallen är en så kallad jonledare, vilket betyder att den leder elektriskt laddade atomer (joner), i detta fall syrejoner. Det ångavsatta lagret av platina fungerar som en elektrod. Lambdasensorn mäter syrehalten i avgaserna i bilen och omvandlar detta till en elektrisk signal som i sin tur styr förbränningsprocessen elektroniskt för att minimera giftiga avgaser.

På DESY NanoLab, forskarna applicerade en potentialskillnad på cirka 0,1 volt på den platinabelagda YSZ-kristallen och värmde upp den till cirka 450 grader Celsius – förhållanden liknande de som finns i många tekniska apparater. Som ett resultat, syre som samlas under den ogenomträngliga platinafilmen och når ett tryck på upp till 10 bar, motsvarande det i däcken på en lastbil. Trycket som utövas av syret, tillsammans med den höjda temperaturen, orsakade att små bubblor bildades inuti platinafilmen, har typiskt en diameter på cirka 1000 nanometer (0,001 millimeter). "Platinablåsor är ett utbrett fenomen, och vi skulle vilja utveckla en bättre förståelse för det, " förklarar Keller. "Vår undersökning kan också anses representativ för denna typ av elektrokemiska fenomen vid en rad andra gränsskikt."

Forskarna använde en fokuserad jonstråle (FIB) som en sorts ultraskarp skalpell för att skära upp platinabubblorna och undersöka deras insida närmare. De fann att den inre ytan av bubblorna var fodrad med ett lager av platinaoxid som kunde vara upp till 85 nanometer tjockt, mycket tjockare än förväntat.

"Denna massiva oxidation ägde rum under förhållanden under vilka den normalt inte observeras, " rapporterar medförfattaren Sergey Volkov, som har skrivit sin doktorsavhandling vid universitetet i Hamburg i ämnet. "I regel, platina är ett mycket stabilt material, det är just därför det är valt för många applikationer, såsom katalysatorer i bilar, eftersom det inte är lätt att ändra. Våra observationer är därför viktiga för sådana applikationer." Forskarna misstänker att det höga trycket av syre i bubblan påskyndar oxidationen av metallen. Detta måste beaktas vid driften av elektrokemiska sensorer.