In een STEM-elektronenmicroscoop zijn platina-atomen live gevolgd terwijl het nanodeeltje waar ze op zaten werd uitgegloeid. Voor het eerst kun je zo zien hoe je brandstofcel-katalysatoren het beste kunt bereiden, schrijven Amerikaanse onderzoekers in Nature Communications.

Het gaat dan om deeltjes die bestaan uit een legering van platina en een goedkoper metaal, in dit geval kobalt. De laatste jaren worden zulke legeringen steeds populairder als katalysator. Losse platina-atomen op een ondergrond van een ander metaal blijken vaak veel efficiënter te katalyseren dan de beide pure metalen afzonderlijk, en zo’n legering is per kilogram ook nog veel goedkoper dan puur platina. Maar hoe je de activiteit van zulke nanodeeltjes optimaliseert, is tot nu toe vooral een kwestie van uitproberen.

Binnen het Oak Ridge National Laboratory is men er nu in geslaagd om zulke deeltjes in een scanning tunneling-elektronenmicroscoop (STEM) langzaam op te warmen tot 800 graden Celsius, en te volgen wat dat deed met de platina-atomen op het oppervlak.

Tijdens het opwarmen blijkt zo’n deeltje vijf duidelijk te onderscheiden fases te doorlopen. In het begin zitten kobalt- en platina-atomen kriskras door elkaar heen. Vervolgens zie je eerst een gesloten platina-huidje op het deeltje ontstaan. Daarna komt het kobalt weer boven en krijg je een regelmatig rooster op enkele facetten van het oppervlak.

Fase vier is dat je op alle vlakken een regelmatige verdeling krijgt, als in een kristalrooster. En als het deeltje nóg heter wordt, zie je die regelmaat weer langzaam verdwijnen en ga je terug naar het amorfe oppervlak waarmee je begon.

Katalytisch gezien zou die vierde fase het beste moeten voldoen, in elk geval volgens de huidige inzichten. De kunst is dus om de deeltjes na de fabricage zo uit te gloeien dat de transformatie op dat punt blijft steken.

bron: Oak Ridge National Laboratory