Bij het National Center for Electron Microscopy van Berkeley Lab werd onthuld dat enkelstrengs DNA bundels enkelwandige koolstofnanobuisjes in individuele buizen kan verspreiden en als wegwijzers kan dienen voor het synthetiseren van platina-nanodeeltjes op deze buizen.

Berkeley Lab's National Center for Electron Microscopy (NCEM) leverde de technologie en een Visiting Scientist Fellowship die een onderzoeker van de Missouri State University hielp een belangrijke ontdekking te doen die de inspanningen zou moeten stimuleren om koolstofnanobuisjes te gebruiken als katalytische ondersteuning in directe ethanolbrandstofcellen. Met behulp van de geavanceerde karakteriseringsmogelijkheden van NCEM's TEAM 0.5- en Tecnai-microscopen, materiaalwetenschapper Lifeng Dong ontdekte dat enkelstrengs DNA kan worden gebruikt om bundels enkelwandige koolstofnanobuisjes in afzonderlijke buisjes te dispergeren. De enkele DNA-strengen kunnen ook dienen als wegwijzers voor het synthetiseren van platina-nanodeeltjes op deze buizen.

“Zonder de Visiting Scientist Fellowship van NCEM, Ik zou niet de kans hebben gehad om met NCEM-wetenschappers samen te werken en ultramoderne microscopen te gebruiken om die monsters te karakteriseren, Dong schreef in een brief aan NCEM-directeur Uli Dahmen. Dong verwierf zijn beelden bij TEAM 0.5 en de 200 kV Tecnai met de hulp van Berkeley Lab-medewerkers bij NCEM, waaronder Christian Kisielowski, Thomas Duden, Masashi Watanabe, Zonghoon Lee en ChengYu Song.

Draagbare brandstofcellen die rechtstreeks door ethanol worden aangedreven, hebben het potentieel om veel efficiënter te zijn dan door ethanol aangedreven verbrandingsmotoren en veel praktischer dan brandstofcellen op waterstof. omdat ethanol gemakkelijker op te slaan en te transporteren is dan waterstof. Wat voor de productie van directe ethanolbrandstofcellen ontbrak, is een goede katalysator voor het oxideren van ethanol.

Met platina gecoate enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT's) zijn veelbelovend voor deze taak vanwege hun hoge elektronische geleidbaarheid en oppervlakte. Echter, het is de aard van deze enkelwandige nanobuisjes om bundels te vormen. Om ze effectief te kunnen gebruiken als aanhangers van platinakatalysatoren in directe ethanolbrandstofcellen, er moeten efficiënte manieren worden gevonden om gebundelde SWCNT's in afzonderlijke buizen te scheiden en platina-nanodeeltjes op de nanobuizen te synthetiseren.

"Onze afbeeldingen laten zien dat platina-nanodeeltjes selectief groeien op koolstofnanobuisjes in overeenstemming met enkelstrengs DNA-locaties, ', zegt Dong. "De DNA-moleculen verspreiden niet alleen SWCNT-bundels effectief in individuele buizen, maar bieden ook een adres voor de vorming van platina nanodeeltjes langs de nanobuisoppervlakken. Dit suggereert een methode om andere soorten door koolstof nanobuisjes ondersteunde nanodeeltjes te synthetiseren, zoals palladium en goud, voor toepassingen in brandstofcellen en elektronica op nanoschaal.”

De afkorting TEAM staat voor Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope. TEAM 0.5 is in staat om beelden te produceren met een resolutie van een halve angstrom, die kleiner is dan de diameter van een enkel waterstofatoom. TEAM 0.5 kan ook corrigeren voor het beeldverslechterende fenomeen dat bekend staat als sferische aberratie. De 200kV Tecnai-microscoop is geoptimaliseerd voor materiaalonderzoek dat de hoogste resolutie scanning-transmissie-elektronenmicroscopieprestaties vereist, wat betekent beeldvorming en spectroscopie, of gecorreleerde beeldvormings- en analysemethoden.

"De grootste uitdaging voor het verkrijgen van deze beelden was dat onze microscopen stabiel blijven op hun hoogste prestatieniveaus, ” zegt NCEM-medewerker Song, die ondersteuning biedt voor de 200 kV Tecnai-microscoop. "Als we een monster op atomaire schaal afbeelden, elke instabiliteit in de microscoop wordt miljoenen keren vergroot met het beeld. Bij NCEM controleren we routinematig de prestaties van onze microscopen en zorgen we voor optische, mechanisch, of elektrische storingen.”