Ställdon är vanliga maskinkomponenter som omvandlar energi till rörelse, som musklerna i människokroppen, vibratorer i mobiltelefoner eller elmotorer. Idealiska ställdonmaterial behöver goda elektrokemiska egenskaper för att upprepade gånger leda elektriska strömmar gjorda av strömmande elektroner.
Dessutom kräver manöverdonsmaterial utmärkta mekaniska egenskaper för att motstå den fysiska påfrestning som är förknippad med kontinuerlig rörelse. Nanoporös platina (np-Pt), en platinamatris som innehåller små porer för att öka energiledning, skapades nyligen i stora mängder och på ett kostnadseffektivt sätt, vilket gör np-Pt till ett idealiskt och mer praktiskt manövermaterial.
En grupp materialforskare från Hamburgs tekniska universitet i Hamburg, Tyskland tillverkade ett ultrafint ligament np-Pt-material bestående av ett slumpmässigt, sammankopplat nätverk av mycket fina platinasträngar, eller ligament, så små som två nanometer (10 -9 m) i diameter.
Detta nätverk skapar också små porer mellan strängarna, vilket förbättrar rörelsen av elektroner eller laddade atomer genom materialet. Viktigt är att teamet använde en effektiv tillverkningsmetod som minskade kostnaderna för att syntetisera en np-Pt. Genom att minska diametern på Pt-strängarna ökar både förhållandet mellan yta och volym och den mekaniska stabiliteten hos np-Pt-materialet, vilket förbättrar materialets ställdonprestanda.
Forskarna publicerade sin studie i Energy Materials and Devices .
Jämfört med andra nanoporösa metaller och material som undersöks för deras potentiella användning som manöverdon, upptäckte teamet att np-Pt var fysiskt mer robust och troligen skulle fungera bra som sensor- eller detektormaterial jämfört med andra nanoporösa material som är för ömtåliga.
"Den fina ligamentstorleken hos np-Pt kan ge en förbättrad yta som gör materialet till en lovande... katalysator för kemiska reaktioner såväl som ett manövermaterial", säger Haonan Sun, första författare till artikeln och forskare i forskningsgruppen för Integrerade metalliska nanomaterialsystem vid Hamburgs tekniska universitet. Som en katalysator skulle np-Pt påskynda hastigheten för specifika kemiska reaktioner.
Det som var mest unikt med studien var hur forskarna tillverkade np-Pt-materialet. "Det huvudsakliga genombrottet i denna forskning är att vi fick np-Pt i bulk genom elektrokemisk avlegering. Tidigare studier på np-Pt var alla baserade på nanopartiklar eller filmer som framställdes med hjälp av dyrare kommersiella Pt-partiklar. Så den enkla och billiga metoden att avlegera ökar det praktiska i np-Pt och gör ytterligare forskning möjlig", sa Sun.
Specifikt är avlegering en process av selektiv urlakning eller korrosion där en komponent av en legering, eller materialblandning, selektivt avlägsnas från materialet. Innan avlegeringsprocessen är materialet en enhetlig blandning. Efter den selektiva lakningsprocessen avlägsnas de mer kemiskt aktiva blandade materialen delvis från materialet och lämnar små porer efter sig.
I detta fall tillverkades np-Pt genom att selektivt laka koppar från en platina-kopparlegering (Pt15 Cu85 ) med användning av svavelsyra (H2). SO4 ).
Innan denna studie hade np-Pt heller aldrig tillverkats i större bulkvantiteter. Forskargruppen föreslår att den framgångsrika prestandan hos bulk np-Pt fungerar som en modell för utvecklingen av andra nanoporösa metaller som kan undersökas med avseende på deras lämplighet som potentiella aktuatormaterial, töjningssensorer eller kemiska reaktionskatalysatorer.
Med ställdonets materialprestanda för np-Pt etablerad, ser teamet fram emot att fastställa materialets effekter på kemiska reaktioner. "Nästa steg i denna studie är att undersöka den kemiska katalysatoregenskapen hos vår np-Pt. Vi har redan hittat några mycket intressanta fenomen med bulk np-Pt på syrereduktionsreaktionen som kombinerar syre och väte för att bilda vatten... och vi skulle gillar att göra lite djupare forskning om det, säger Sun.
Mer information: Haonan Sun et al, Bulk nanoporös platina för elektrokemisk aktivering, Energimaterial och enheter (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370006
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
