Ett team av fyra forskare vid Stanford University och det holländska energiforskningsinstitutet DIFFER har för första gången fastställt mekanismen genom vilken nanometerstora partiklar av palladium tar upp väte. Eftersom egenskaperna hos nanopartiklar förändras mycket med deras storlek, genom att välja rätt typer av nanopartiklar kan du finjustera materialegenskaperna. Fyndet publicerades i Naturmaterial och kan leda till förbättrad vätelagring och litiumjonbatterier.

Att komma runt genomsnittet

Att veta vilken nanopartikel man ska välja för en applikation visar sig vara en utmaning. "I konventionella experiment, forskare producerar och mäter en hel rad nanopartiklar med varierande storlekar", förklarar tidningens huvudförfattare Andrea Baldi (Stanford University och DIFFER). "Dock, skillnaden i beteende mellan en partikel på 8 och 12 nm är enorm. Så när du snittar över en hel grupp av dem, resultatet berättar inte vilket beteende som hör till vilken partikel."

Forskargruppen, ledd av Stanford Universitys Jennifer Dionne, beslutade att klargöra förhållandet mellan nanopartikelstorlekar och deras egenskaper. Med hjälp av Ai Leen Koh vid universitetets anläggning för miljööverföringselektronmikroskop, Dionne, Baldi och deras forskarkollega Turan C. Narayan lyckades välja ut enskilda nanopartiklar och mäta hur mycket väte de innehåller när de utsätts för varierande tryck av vätgas.

Skalmodell

Teamets resultat passar en modell där ett yttre skal av palladiumpartikeln laddar upp väte först. Absorption av väte gör att palladium sväller upp med ungefär 10 %, så skalet expanderar och drar upp partikelns kärna för att lättare suga in väte. Ju mindre partikel, desto större inflytande har det yttre skalet på dess bulk. "Förutom våra mätningar på väteupptag, detta passar även data på nanostrukturerade elektroder för litiumjonbatterier. där mindre partiklar tenderar att laddas vid lägre potential."

Andrea Baldi:"Genombrottet är att vi nu kan mäta och potentiellt förutsäga hur en enskild partikels storlek, form och kristallstruktur bestämmer dess mekanism för väteupptagning och frisättning."

Zoomar in ytterligare

"I vår uppföljande forskning, vi vill ta nästa steg och titta på hur väte distribueras inom en enskild nanopartikel", säger Baldi. "Det borde verkligen öppna ett fönster för upptagningsprocessen."