Kemister har utvecklat en ny metod med vilken de kan karakterisera enskilda ädelmetallfria nanopartikelkatalysatorer. Partiklarna skulle kunna vara ett billigt alternativ till ädelmetallkatalysatorer för att erhålla väte från vatten med hjälp av elektrolys. "För att utveckla effektiva nanopartiklar, vi måste förstå hur strukturen och aktiviteten hos enskilda partiklar eller små partikelgrupper är relaterade till varandra, " säger professor Wolfgang Schuhmann vid Centrum för elektrokemi vid Ruhr-Universität Bochum. Han beskriver en ny mätmetod för detta ändamål tillsammans med forskarna Tsvetan Tarnev och Dr. Harshitha Barike Ayappa från Bochum och professor Corina Andronescu från University of Duisburg-Essen och andra kollegor i tidningen Angewandte Chemie den 1 oktober 2019.

Än så länge, det finns få tekniker tillgängliga för att mäta den katalytiska aktiviteten hos enskilda eller några få nanopartiklar. "Strömmarna som måste mätas är extremt små, och man måste hitta enstaka eller få nanopartiklar för att kunna mäta dem reproducerbart, " förklarar Schuhmann. Forskargruppen, som samarbetar inom University Alliance Ruhr, visade att sådana analyser också är möjliga med hög genomströmning — nämligen med scanning elektrokemisk cellmikroskopi.

Utveckling av nytt referenssystem

Tills nu, metoden hade inte använts för detta ändamål eftersom nanopartiklarna måste testas under krävande kemiska förhållanden och därmed uppstod stora mätfel. Detta gjorde en tillförlitlig tolkning av resultaten omöjlig. I sitt nuvarande arbete, forskarna utvecklade ett nytt referenssystem för skanning av elektrokemisk cellmikroskopi. Genom att på ett smart sätt använda en stabil intern standard, de eliminerade mätonoggrannheterna och möjliggjorde långvariga mätningar under de givna förhållandena med hög genomströmning.

Analys av självtillverkade nanopartiklar

Forskarna producerade kolpartiklar med kväve- och koboltinneslutningar på glasartat kol, partiklarna är närvarande på ytan antingen individuellt eller i grupper om några få partiklar. I ett enda experiment, de kunde använda elektrokemisk cellmikroskopi för att bestämma den elektrokemiska aktiviteten hos alla dessa individuella partiklar eller partikelgrupper.

Partiklarna katalyserade den så kallade syreutvecklingsreaktionen. Elektrolysen av vatten producerar väte och syre - det begränsande steget i denna process är för närvarande den delreaktion där syre utvecklas; effektivare katalysatorer för denna partiella reaktion skulle underlätta produktionen av väte.