Vid Berkeley Labs National Center for Electron Microscopy avslöjades det att enkelsträngat DNA kan sprida buntar av enkelväggiga kolnanorör i individuella rör och fungera som guideposter för att syntetisera platinananopartiklar på dessa rör.

Berkeley Labs National Center for Electron Microscopy (NCEM) tillhandahöll tekniken och ett Visiting Scientist Fellowship som hjälpte en forskare från Missouri State University att göra en nyckelupptäckt som borde öka ansträngningarna att använda kolnanorör som katalytiska stöd i direkta etanolbränsleceller. Genom att använda de avancerade karaktäriseringsfunktionerna hos NCEM:s TEAM 0.5- och Tecnai-mikroskop, materialforskaren Lifeng Dong fann att enkelsträngat DNA kan användas för att sprida buntar av enkelväggiga kolnanorör i individuella rör. De enkla DNA-strängarna kan också fungera som vägledningar för att syntetisera platinananopartiklar på dessa rör.

"Utan Visiting Scientist Fellowship från NCEM, Jag skulle inte ha haft möjlighet att arbeta med NCEM-forskare och att använda toppmoderna mikroskop för att karakterisera dessa prover, ” skrev Dong i ett brev till NCEM:s direktör Uli Dahmen. Dong skaffade sina bilder på TEAM 0.5 och 200 kV Tecnai med hjälp av Berkeley Labs personal på NCEM inklusive Christian Kisielowski, Thomas Duden, Masashi Watanabe, Zonghoon Lee och ChengYu Song.

Bärbara bränsleceller som drivs direkt av etanol har potential att vara mycket effektivare än etanoldrivna förbränningsmotorer och mycket mer praktiska än vätebränsleceller, då etanol är lättare att lagra och transportera än väte. Det som saknats för produktionen av direkta etanolbränsleceller är en bra katalysator för att oxidera etanol.

Platinabelagda enkelväggiga kolnanorör (SWCNT) visar ljusa löften för denna uppgift på grund av deras höga elektroniska ledningsförmåga och ytarea. Dock, det är naturen hos dessa enkelväggiga nanorör att bilda buntar. För att de effektivt ska kunna användas som anhängare av platinakatalysatorer i direkta etanolbränsleceller, effektiva sätt måste hittas för att separera buntade SWCNTs i individuella rör och att syntetisera platinananopartiklar på nanorören.

"Våra bilder visar att platinananopartiklar selektivt växer på kolnanorör i enlighet med enkelsträngade DNA-platser, säger Dong. "DNA-molekylerna sprider inte bara effektivt SWCNT-buntar till individuella rör, men ger också en adress för bildandet av platinananopartiklar längs nanorörsytorna. Detta föreslår en metod för att syntetisera andra typer av kolnanorörsstödda nanopartiklar, som palladium och guld, för applikationer inom bränsleceller och elektronik i nanoskala.”

Akronymen TEAM står för Transmission Electron Aberration-corrected Microscope. TEAM 0.5 kan producera bilder med en upplösning på en halv ångström, vilket är mindre än diametern av en enda väteatom. TEAM 0.5 har också förmågan att korrigera för det bildnedbrytande fenomenet som kallas sfärisk aberration. 200kV Tecnai-mikroskopet är optimerat för materialforskning som kräver antingen den högsta upplösningen av skanningstransmissionselektronmikroskopi, vilket betyder avbildning och spektroskopi, eller korrelerade avbildnings- och analysmetoder.

"Den största utmaningen för att få dessa bilder var att våra mikroskop förblir stabila på sina högsta prestandanivåer, ” säger NCEM-anställd Song, som ger stöd för 200 kV Tecnai-mikroskopet. "När vi avbildar ett prov på atomär skala, eventuell instabilitet i mikroskopet förstoras miljontals gånger med bilden. På NCEM kontrollerar vi rutinmässigt prestandan hos våra mikroskop och tar hand om all optik, mekanisk, eller elektriska störningar.”