En indisk stegbrunn i nanoskala. Det är vad postdoc Nakkiran Arulmozhi kallar mönstret han såg när han korroderade en speciell sorts platinakristall. De unika bilderna visar processens destruktivitet, men också visa hur förutsägbart det är.

Korrosion kan ske på olika sätt. Anodisk korrosion, till exempel, kallas rost på din cykel. Ytan oxiderar och den bildade metalloxiden kan lösas upp om förutsättningarna är de rätta. "I början, vi trodde att detta också skulle hända med de verkliga platinaelektroderna, " säger Arulmozhi. Hitachi High-Tech Corporation, ett japanskt företag, frågade Arulmozhis handledare Marc Koper, Professor i katalys och ytkemi, att undersöka slitaget på elektroderna i hopp om att de skulle kunna förbättra sin livslängd.

Oväntad twist

Forskarna upptäckte snart att något annat var på gång och publicerade sina resultat i tidskriften PNAS . "Det verkar mycket troligt att detta inte är anodiskt, men katodisk korrosion, " säger Koper. I denna process, en metall reduceras, skapa en metallhydrid. "Man skulle kunna tro att detta inte är möjligt alls, eftersom en metall redan är helt reducerad. Men under katodiska förhållanden, med andra ord vid en negativ spänning, platina korroderar."

De föreningar som uppstår från katodisk korrosion är extremt instabila, så du kan inte mäta dem direkt. "Vi måste anta att de bildas och reagerar med en vattenmolekyl inom en mycket kort tid, får dem att oxidera igen till platina, " säger Koper. "Vad vi kan se, dock, är att materialets struktur förändras."

Inte slumpmässigt

Arulmozhi visualiserade processen genom att korrodera specialdesignade platinakristaller på ett kontrollerat sätt. En metallyta består normalt av ett virrvarr av så kallade facetter. I varje aspekt, atomerna är ordnade på ett specifikt sätt. Arulmozhi gjorde kristallerna på ett sådant sätt att han visste exakt var varje aspekt finns och hur den atomära strukturen är uppbyggd.

"Jag såg att slitageprocessen för platina skiljer sig från olika aspekter, " säger Arulmozhi. På bilderna, du kan se hur den grönfärgade facetten, Pt(110), korroderar knappt, medan den blåfärgade ytan, Pt(100), genomgår en process som forskarna kallar fraktal etsning. "Nötningen börjar i form av en fyrkant. Långsamt förändras detta till en omvänd pyramid, där så småningom en vacker fraktal med olika grenar skapas. De påminner mig om en indisk stegbrunn, men i nanoskala."

"Vi förväntade oss aldrig att den här processen skulle vara så ordnad, " säger Koper. "Det gör katodisk korrosion förutsägbar och förhoppningsvis kan vi göra smart användning av det, till exempel genom att designa platinaelektroder med endast atomära strukturer som inte eller knappast korroderar."

I andra fall, katodisk korrosion är en önskvärd faktor. "Du kan göra nanopartiklar med dem, ", säger Arulmozhi. "Dessa skapas när en metallpartikel bryter sig loss från ytan genom korrosion och binder till en annan metallpartikel i lösningen. I så fall vill du ha ett material av fasetter som lätt slits ut, såsom Pt(100)."