(Phys.org) — Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben een unieke benadering ontwikkeld voor de synthese van zeer uniforme icosahedrale nanodeeltjes gemaakt van platina. De resultaten toonden aan dat de belangrijkste factoren voor de vormcontrole snelle kiemvorming, kinetisch gecontroleerde groei, en bescherming tegen oxidatie door lucht.

"We hebben een unieke aanpak ontwikkeld voor de synthese van zeer uniforme icosahedrale nanodeeltjes gemaakt van platina (Pt), " legde Hong Yang uit, een professor in chemische en biomoleculaire engineering aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "Dit is belangrijk zowel in fundamentele studies - nanowetenschap en nanotechnologie - als in toegepaste wetenschappen zoals hoogwaardige brandstofcelkatalysatoren."

Yang's onderzoeksgroep richt zich op de synthese en het begrip structuur-eigenschap relatie van nanogestructureerde materialen voor toepassingen in energie, katalyse, en biotechnologie. zijn papier, "Zeer uniforme platina icosaëdra gemaakt door de hete injectie-geassisteerde GRAILS-methode, " werd deze week gepubliceerd in Nano-letters .

"Hoewel polyedrische nanostructuren, zoals een kubus, tetraëder, octaëder, kuboctaëder, en zelfs icosaëder, zijn gesynthetiseerd voor verschillende edele metalen, uniforme Pt ​​icosahedra vormen zich niet gemakkelijk en worden zelden gemaakt, " verklaarde Wei Zhou, een gastonderzoeker bij de onderzoeksgroep van Yang en de eerste auteur van het artikel.

Een icosaëderkristal is een veelvlak met 20 identieke gelijkzijdige driehoekige vlakken, 30 randen en 12 hoekpunten. Volgens Yang, icosahedraal gevormde kristallen kunnen de katalytische activiteit in de zuurstofreductiereactie verbeteren, deels vanwege de oppervlaktespanning.

"De belangrijkste reactiestap om de activiteit van zuurstofelektrodekatalysatoren in de waterstofbrandstofcel te verbeteren, is het optimaliseren van de bindingssterkte tussen Pt en geabsorbeerde zuurstofbevattende tussenvormen, " zei Yang. "Dit maakt de snelle productie van water mogelijk en laat het tussenproduct reageren en het oppervlak snel verlaten, zodat de katalysatorplaats opnieuw kan worden gebruikt."

"In tegenstelling tot veel andere vormen van metalen nanodeeltjes, een icosaëdrische nanokristal is geen enkel kristal, maar heeft veel dubbele (defect)grenzen binnen deze vorm. Eerdere simulatiegegevens suggereren dat het onstabiel is voor Pt-nanodeeltjes om in deze vorm te bestaan ​​bij ongeveer> 1-2 nm en, inderdaad, het is ongebruikelijk dat Pt-nanodeeltjes deze morfologie hebben." Zeer uniforme Pt ​​icosaëdrische nanokristallen met een randlengte van 8,8 nm werden gesynthetiseerd door de onderzoeksgroep van Yang. Ze werden gemaakt van platinaacetylacetonaat in dodecylamine en met een kleine hoeveelheid oliezuur met behulp van een hete injectie -geassisteerde GRAILS-benadering (gasreductiemiddel in vloeibare oplossing). de opname van CO-gas vergemakkelijkt de vorming van goed gedefinieerde vormen aanzienlijk.

"Onze resultaten toonden aan dat de belangrijkste factoren voor de vormcontrole snelle kiemvorming, kinetisch gecontroleerde groei, en bescherming tegen oxidatie door lucht, " voegde Zhou toe. Door deze belangrijke parameters aan te passen, Pt hypervertakte staven, kubussen, en octapods werden ook verkregen.

"We onderzoeken momenteel waarom deze vorm in onze systemen wordt gevormd en hoe we dit principe kunnen gebruiken om andere ongebruikelijke en potentieel bruikbare Pt en zijn gelegeerde nanodeeltjes te produceren, Yang merkte op. "De hoge zuiverheid (> 95%) van de producten levert de ideale modelmaterialen voor het bestuderen van de structuur/morfologie-eigenschap relaties. Dergelijk mechanisch begrip is waardevol voor het ontwerpen van geavanceerde, hoogwaardige metaal- en metaallegeringskatalysatoren."