Platina, een edel metaal, sneller oxideert dan verwacht onder technologisch relevante omstandigheden. Dat blijkt uit een onderzoek dat gezamenlijk is uitgevoerd door het DESY NanoLab en de Universiteit van Wenen. Apparaten die platina bevatten, zoals de katalysatoren die worden gebruikt om de uitlaatemissies van auto's te verminderen, als gevolg van deze reactie kan de werkzaamheid afnemen. Een team onder leiding van hoofdauteur Thomas Keller, van DESY en de Universiteit van Hamburg, heeft een recente studie over dit fenomeen gepubliceerd in Solid State Ionics .

"Platinum is een uiterst belangrijk materiaal in technologisch opzicht, ", zegt Keller. "De omstandigheden waaronder platina oxidatie ondergaat, zijn nog niet volledig vastgesteld. Het onderzoeken van die voorwaarden is voor een groot aantal toepassingen van belang."

De wetenschappers bestudeerden een dunne laag platina die was aangebracht op een met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxidekristal (YSZ-kristal), dezelfde combinatie die wordt gebruikt in de lambdasonde van uitlaatgasemissiesystemen van auto's. Het YSZ-kristal is een zogenaamde ionengeleider, wat betekent dat het elektrisch geladen atomen (ionen) geleidt, in dit geval zuurstofionen. De opgedampte platinalaag dient als elektrode. De lambdasonde meet het zuurstofgehalte van de uitlaatgassen in de auto en zet dit om in een elektrisch signaal dat op zijn beurt het verbrandingsproces elektronisch regelt om giftige uitlaatgassen te minimaliseren.

Bij DESY NanoLab, de wetenschappers pasten een potentiaalverschil van ongeveer 0,1 volt toe op het met platina gecoate YSZ-kristal en verwarmden het tot ongeveer 450 graden Celsius - omstandigheden vergelijkbaar met die in veel technische apparaten. Als resultaat, zuurstof verzameld onder de ondoordringbare platinafilm met een druk tot 10 bar, overeenkomend met die in de banden van een vrachtwagen. De druk die wordt uitgeoefend door de zuurstof, samen met de verhoogde temperatuur, veroorzaakte kleine belletjes in de platinafilm, typisch met een diameter van ongeveer 1000 nanometer (0,001 millimeter). "Platinum blaarvorming is een wijdverbreid fenomeen, en we willen er een beter begrip van ontwikkelen, " legt Keller uit. "Ons onderzoek kan ook als representatief worden beschouwd voor dit type elektrochemisch fenomeen bij een reeks andere grenslagen."

De wetenschappers gebruikten een gefocusseerde ionenstraal (FIB) als een soort ultrascherp scalpel om de platinabellen open te snijden en hun binnenkant nauwkeuriger te onderzoeken. Ze ontdekten dat het binnenoppervlak van de bellen was bekleed met een laag platinaoxide die tot 85 nanometer dik kon zijn, veel dikker dan verwacht.

"Deze massale oxidatie vond plaats in omstandigheden waaronder het normaal niet wordt waargenomen, " meldt co-auteur Sergey Volkov, die zijn proefschrift aan de Universiteit van Hamburg over dit onderwerp heeft geschreven. "Als een regel, platina is een zeer stabiel materiaal, dat is precies waarom het voor veel toepassingen wordt gekozen, zoals katalysatoren in auto's, omdat het niet gemakkelijk te veranderen is. Onze waarnemingen zijn daarom belangrijk voor dergelijke toepassingen." De wetenschappers vermoeden dat de hoge druk van de zuurstof in de bel de oxidatie van het metaal versnelt. Hiermee moet rekening worden gehouden bij de werking van elektrochemische sensoren.