Нобелевское открытие использовали для прорыва в чистой энергии

Ученые использовали метод, создатели которого получили Нобелевскую премию по химии, для создания смеси металлов, чтобы снизить стоимость топливных элементов, используемых в электромобилях, и уменьшить вредные выбросы от обычных транспортных средств. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.

Исследователи перевели биологическую технику, получившую Нобелевскую премию по химии 2017 года, чтобы увидеть, что происходит на атомном масштабе в металлических наночастицах. Эти материалы являются одним из наиболее эффективных катализаторов для систем преобразования энергии, таких как топливные элементы. Это первое исследование, в котором такая техника была использована для такого рода работ.

Частицы имеют сложную звездообразную геометрию, и новая работа показывает, что их края и углы могут иметь различные химические составы, которые теперь можно настраивать, чтобы снизить стоимость батарей и каталитических нейтрализаторов.

Нобелевская премия по химии 2017 года была присуждена Йоахиму Фрэнку, Ричарду Хендерсону и Жаку Дюбоше за их роль в разработке метода «реконструкции отдельных частиц». Этот метод электронной микроскопии выявил структуры огромного количества вирусов и белков, но обычно не используется для исследований металлов.

В настоящее время команда Манчестерского университета в сотрудничестве с исследователями из Оксфордского университета и Университета Маккуори разработала методику создания трехмерных элементных карт металлических наночастиц, состоящих всего из нескольких тысяч атомов. Их исследование показывает, что можно нанести на карту различные элементы в наноразмерном масштабе в трех измерениях, обходя повреждение исследуемых частиц.

Металлические наночастицы являются основным компонентом многих катализаторов, таких как те, которые используются для превращения токсичных газов в выхлопе автомобилей. Их эффективность в значительной степени зависит от структуры и химического состава, но из-за невероятно малого размера требуются электронные микроскопы для получения изображения. Тем не менее, большинство изображений ограничено 2D проекциями.

«Мы изучали возможность использования томографии в электронном микроскопе для картирования распределения элементов в трех измерениях в течение некоторого времени», — сказала профессор Сара Хей из Школы материалов Манчестерского университета. — Обычно мы вращаем частицу и снимаем изображения со всех сторон, как, например, компьютерная томография в больнице, но эти частицы слишком быстро повреждались, чтобы можно было получить трехмерное изображение. Биологи используют другой подход для трехмерной визуализации, и мы решили попробовать, можно ли это использовать вместе со спектроскопическими методами для исследования различных элементов внутри наночастиц».

В настоящем исследовании новый метод трехмерной химической визуализации был использован для исследования наночастиц металлов платина-никель (Pt-Ni).

«Наночастицы на основе платины являются одним из наиболее эффективных и широко используемых каталитических материалов в таких областях, как топливные элементы и батареи. Наши новые знания о трехмерном локальном распределении химических веществ могут помочь исследователям в разработке более качественных катализаторов, которые будут недорогими и эффективными», — добавила Сара Хей.