Elektrokatalysatorer kan hjälpa till att få fram kemikalier från förnybara råvaror eller att använda alternativa energikällor. Men att testa nya katalysatorer medför utmaningar.

Forskare vid Ruhr-Universität Bochum (RUB) och University of Duisburg-Essen har utvecklat en ny metod för att deponera katalysatorpartiklar på små elektroder. Det är billigt, enkel och snabb att utföra. För att karakterisera katalysatorer och testa deras potential för olika tillämpningar, forskare måste fixera partiklarna på elektroder så att de sedan kan undersökas, till exempel, med transmissionselektronmikroskopi.

Den nya metoden beskrivs av Dr. Tsvetan Tarnev och professor Wolfgang Schuhmann från Centre for Electrochemistry vid RUB med Steffen Cychy och professor Martin Muhler, RUB ordförande för teknisk kemi, liksom professor Corina Andronescu, Universitetet i Duisburg-Essen, och Dr Yen-Ting Chen från Bochum Center for Solvation Science i tidskriften Angewandte Chemie , publicerades online den 20 januari 2020.

Wafer-tunna elektroder

Vid transmissionselektronmikroskopi, TEM för kort, en tunn elektronstråle skickas genom provet för att observera de elektrokemiska processer som äger rum vid en elektrod. För att balken ska kunna penetrera strukturerna, alla provkomponenter måste vara mycket tunna. Diametern på elektroden på vilken katalysatorn appliceras är därför endast tio mikrometer.

Avsättning av katalysatorpartiklar droppe för droppe

Med tidigare metoder, Katalysatorpartiklarna var antingen jämnt fördelade över provet, d.v.s. även där de inte behövdes, eller metoder användes som kunde skada materialet. Båda nackdelarna elimineras med den nya metoden, som bygger på scanning elektrokemisk cellmikroskopi. Forskarna fyller en glaskapillär med en vätska som innehåller katalysatorpartiklarna. De närmar sig sedan kapillären till elektroden på vilken partiklarna ska avsättas. En liten droppe av partikelvätskan hänger vid den nedre öppningen av kapillären.

Forskarna närmar sig kapillären till elektroden tills vätskedroppen kommer i kontakt med elektroden och stänger en elektrisk krets. Detta stoppar automatiskt inflygningen, förhindra skador på materialet. Forskarna drar sedan tillbaka kapillären, men vätskedroppen stannar kvar på elektroden. Detta steg kan upprepas så ofta som krävs. Till sist, forskarna avdunstar lösningsmedlet så att endast katalysatorpartiklarna finns kvar, som nu är fästa på elektroden.

Lämplig för många katalysatormaterial

"När metoden väl är etablerad, det erbjuder en ren, lättanvänt och varierande sätt att applicera och mäta ett stort antal olika katalysatormaterial stabilt och reproducerbart på flytande cell TEM-chips, säger Wolfgang Schuhmann.