Показывая такое поведение, связанные наночастицы платины сохраняют эффективную площадь поверхности, действуя как катализатор химических реакций, открытие, которое может снизить производственные затраты на топливные элементы с платиновым катализатором.Международная группа ученых, возглавляемая исследовательской группой из Университета Арканзаса, опубликовала свои выводы 5 февраля в журнале ACS Nano в статье под названием «Самоорганизованные наночастицы платины на отдельно стоящем графене».Исследование проводилось Пэн Сюй, научным сотрудником факультета физики Колледжа искусств и наук Дж. Уильяма Фулбрайта в Университете Арканзаса.
Топливные элементы с платиновым катализатором используются в зданиях в качестве замены двигателей внутреннего сгорания в транспортных средствах.«Поскольку платина является редким металлом, большая часть затрат на производство гибридных автомобилей приходится на платину, необходимую для катализа топливных элементов», — сказал Пол Тибадо, профессор физики в Университете Арканзаса.«Платина, помещенная на твердую поверхность, диффундирует с образованием случайных частиц, которые бесконтрольно растут, что ограничивает их реакционную способность», — сказал он. «С другой стороны, отдельно стоящий графен имеет очень гибкую поверхность, и мы обнаружили, что из-за эффектов локальной деформации количество платины, необходимое для поддержания эффективного катализа, уменьшается на 80 процентов».Исследование также впервые показывает, что в результате ее применения в графене появилась более совершенная монокристаллическая наночастица платины.
«То, что мы обнаружили, было довольно захватывающим», — сказал Тибадо. «Это действительно особенное».Графен — один из самых прочных, легких и наиболее проводящих из известных материалов — представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом.
Электроны, движущиеся через графит, обладают массой и сталкиваются с сопротивлением, но электроны, движущиеся через графен, не имеют массы и поэтому сталкиваются с гораздо меньшим сопротивлением. Это делает графен отличным кандидатом в материал для будущих энергетических потребностей, а также в квантовых вычислениях для огромных вычислений с минимальным потреблением энергии.Графен был открыт в 2004 году, и многое о его свойствах остается неизвестным. Группа Тибадо использует создание изображений и манипуляции в атомном масштабе для продвижения приложений как чистого, так и химически функционализированного графена за счет развития детального понимания его фундаментальных электронных и механических свойств.
Недавнее исследование, которое было проведено в основном в рамках исследовательского партнерства между Университетом Арканзаса, Государственным университетом Миссури и Университетом Антверпена в Бельгии, состояло из просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения в сочетании со сканирующей туннельной микроскопией и новейшими технологиями. вычислительная молекулярная динамика. «Такое сочетание редко встречается в физике», — сказал Тибадо, эксперт в области экспериментальной физики конденсированного состояния.Сканирующая туннельная микроскопия, которая дает изображения отдельных атомов на поверхности, использовалась для изучения поведения наночастиц платины на графене. Исследователи из Миссури использовали просвечивающую электронную микроскопию, метод, при котором пучок электронов проходит через ультратонкий материал, чтобы подтвердить кристаллические свойства.Слияние обеих экспериментальных методик с теоретическим моделированием дало неожиданный результат для исследователей: связывание графена с наночастицами платины было необычным, по словам Тибадо.
«Поскольку графен такой прочный и гибкий, он обычно оборачивается вокруг материала, с которым он соединяется», — сказал Тибадо. «В этом случае связь с платиной была совершенно иной, больше похожей на пирамиду».Результаты были получены в результате совместных усилий с аспирантами Университета Арканзаса Мэтью Л. Акерманом, Стивеном Д. Барбером, Деджуном Ци и Джеймсом Кевином Шольцем, Лифенгом Донгом из Университета штата Миссури, Франсуа Петерсом и Мехди Ник-Амалем из Университета штата Миссури.
Антверпен и Фанфанг Сюй из Шанхайского университета в Китае.