Chemici hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee ze individuele edelmetaalvrije nanodeeltjeskatalysatoren kunnen karakteriseren. De deeltjes zouden een goedkoop alternatief kunnen zijn voor edelmetaalkatalysatoren om door middel van elektrolyse waterstof uit water te halen. "Om effectieve nanodeeltjes te ontwikkelen, we moeten begrijpen hoe de structuur en activiteit van individuele deeltjes of kleine deeltjesgroepen aan elkaar gerelateerd zijn, ", zegt professor Wolfgang Schuhmann van het Centrum voor Elektrochemie aan de Ruhr-Universität Bochum. Samen met de onderzoekers Tsvetan Tarnev en Dr. Harshitha Barike Ayappa uit Bochum en professor Corina Andronescu van de Universiteit van Duisburg-Essen beschrijft hij hiervoor een nieuwe meetmethode. en andere collega's in het tijdschrift Angewandte Chemie van 1 oktober 2019.

Tot dusver, er zijn weinig technieken beschikbaar om de katalytische activiteit van individuele of enkele nanodeeltjes te meten. "De stromen die gemeten moeten worden zijn extreem klein, en men moet enkele of enkele nanodeeltjes vinden om ze reproduceerbaar te meten, " legt Schuhmann uit. Het onderzoeksteam, die samenwerkt binnen de Universitaire Alliantie Ruhr, toonde aan dat dergelijke analyses ook mogelijk zijn met een hoge doorvoer, namelijk met scanning elektrochemische celmicroscopie.

Ontwikkeling van een nieuw referentiesysteem

Tot nu, de methode was hiervoor niet gebruikt omdat de nanodeeltjes onder veeleisende chemische omstandigheden moesten worden getest en er daardoor grote meetonnauwkeurigheden optraden. Dit maakte een betrouwbare interpretatie van de resultaten onmogelijk. In hun huidige werk de onderzoekers ontwikkelden een nieuw referentiesysteem voor het scannen van elektrochemische celmicroscopie. Door slim gebruik te maken van een stabiele interne standaard, ze elimineerden de meetonnauwkeurigheden en maakten langdurige metingen mogelijk onder de gegeven omstandigheden met een hoge doorvoer.

Analyse van zelfgemaakte nanodeeltjes

De onderzoekers produceerden koolstofdeeltjes met stikstof- en kobaltinsluitingen op glasachtige koolstof, waarbij de deeltjes ofwel afzonderlijk ofwel in groepen van enkele deeltjes op het oppervlak aanwezig zijn. In een enkel experiment ze waren in staat om met behulp van scanning elektrochemische celmicroscopie de elektrochemische activiteit van al deze individuele deeltjes of deeltjesgroepen te bepalen.

De deeltjes katalyseerden de zogenaamde zuurstofevolutiereactie. De elektrolyse van water produceert waterstof en zuurstof - de beperkende stap in dit proces is momenteel de gedeeltelijke reactie waarbij zuurstof wordt ontwikkeld; efficiëntere katalysatoren voor deze partiële reactie zouden de productie van waterstof vergemakkelijken.