Detta är ett mikrofotografi som visar en rad atomer och tetraedriska subenheter i en enda ikosaedrisk Pt-partikel. Kredit:Hong Yang, University of Illinois
(Phys.org) – Forskare från University of Illinois har utvecklat en unik metod för syntes av mycket enhetliga ikosaedriska nanopartiklar gjorda av platina. Resultaten visade att nyckelfaktorerna för formkontrollen inkluderar snabb kärnbildning, kinetiskt kontrollerad tillväxt, och skydd mot oxidation av luft.
"Vi har utvecklat en unik metod för syntes av mycket enhetliga ikosaedriska nanopartiklar gjorda av platina (Pt), " förklarade Hong Yang, en professor i kemisk och biomolekylär teknik vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Detta är viktigt både i grundläggande studier - nanovetenskap och nanoteknik - och i tillämpad vetenskap som högpresterande bränslecellskatalysatorer."
Yangs forskargrupp fokuserar på syntesen och förståelsen av struktur-egenskapsförhållandet hos nanostrukturerade material för tillämpningar inom energi, katalys, och bioteknik. dess papper, "Mycket enhetlig Platinum Icosahedra gjord av den heta injektionsassisterade GRAILS-metoden, " publicerades denna vecka i Nanobokstäver .
"Även om polyedriska nanostrukturer, som en kub, tetraeder, oktaeder, kuboktaeder, och till och med icosahedron, har syntetiserats för flera ädelmetaller, enhetliga Pt icosaedrar bildas inte lätt och tillverkas sällan, sa Wei Zhou, en gästforskare med Yangs forskargrupp och tidningens första författare.
En ikosaederkristall är en polyeder med 20 identiska liksidiga triangulära ytor, 30 kanter och 12 hörn. Enligt Yang, ikosaedriska kristaller kan förbättra den katalytiska aktiviteten i syrereduktionsreaktionen delvis på grund av ytspänningen.
Detta är ett mikrofotografi som visar likformigheten hos nanokristallerna vid låg förstoring. Kredit:Hong Yang, University of Illinois
"Det viktigaste reaktionssteget för att förbättra aktiviteten hos syreelektrodkatalysatorer i vätebränslecellen är att optimera bindningsstyrkan mellan Pt och absorberade syrehaltiga mellanprodukter, "Yang sa. "Detta möjliggör snabb produktion av vatten och låter mellanprodukten reagera och lämna ytan snabbt så att katalysatorplatsen kan användas igen."
"Till skillnad från många andra former av metallnanopartiklar, en ikosaedrisk nanokristall är inte en enda kristall, men har många tvilling (defekt) gränser inom denna form. Tidigare simuleringsdata tyder på att det är instabilt för Pt-nanopartiklar att existera i denna form vid ungefär> 1-2 nm och, verkligen, det är ovanligt att Pt-nanopartiklar har denna morfologi." Mycket enhetliga Pt-ikosaedriska nanokristaller med en kantlängd på 8,8 nm syntetiserades av Yangs forskargrupp. De tillverkades av platinaacetylacetonat i dodecylamin och med en liten mängd oljesyra med hjälp av en varm injektion -assisterad GRAILS (gasreducerande medel i flytande lösning). I GRAILS-metoden, införandet av CO-gas underlättar i hög grad bildningen av väldefinierade former.
"Våra resultat visade att nyckelfaktorerna för formkontrollen inkluderar snabb kärnbildning, kinetiskt kontrollerad tillväxt, och skydd mot oxidation av luft, " tillade Zhou. Genom att justera dessa nyckelparametrar, Pt hypergrenade stavar, kuber, och octapods erhölls också.
"Vi studerar för närvarande varför denna form bildas i våra system och hur vi kan använda denna princip för att producera andra ovanliga och potentiellt användbara Pt och dess legerade nanopartiklar, " Yang noterade. "Den höga renheten (> 95 %) av produkterna tillhandahåller det idealiska modellmaterialet för att studera sambanden struktur/morfologi-egenskap. Sådan mekanistisk förståelse är värdefull för design av avancerade, högpresterande metall- och metallegeringskatalysatorer."
