Elektrokatalysatoren kunnen helpen om chemicaliën uit hernieuwbare grondstoffen te halen of om alternatieve energiebronnen te gebruiken. Maar het testen van nieuwe katalysatoren brengt uitdagingen met zich mee.

Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) en de Universiteit van Duisburg-Essen hebben een nieuwe methode ontwikkeld om katalysatordeeltjes op minuscule elektroden af ​​te zetten. Het is goedkoop, eenvoudig en snel uit te voeren. Om katalysatoren te karakteriseren en hun potentieel voor verschillende toepassingen te testen, onderzoekers moeten de deeltjes aan elektroden bevestigen zodat ze kunnen worden onderzocht, bijvoorbeeld, met transmissie-elektronenmicroscopie.

De nieuwe methode is beschreven door Dr. Tsvetan Tarnev en Professor Wolfgang Schuhmann van het Centrum voor Elektrochemie aan de RUB met Steffen Cychy en Professor Martin Muhler, RUB Leerstoel Technische Chemie, evenals professor Corina Andronescu, Universiteit Duisburg-Essen, en Dr. Yen-Ting Chen van het Bochum Center for Solvation Science in het tijdschrift Angewandte Chemie , online gepubliceerd op 20 januari 2020.

Flinterdunne elektroden

Bij transmissie-elektronenmicroscopie, TEM in het kort, een dunne elektronenstraal wordt door het monster gestuurd om de elektrochemische processen die bij een elektrode plaatsvinden te observeren. Om ervoor te zorgen dat de balk de constructies binnendringt, alle monstercomponenten moeten erg dun zijn. De diameter van de elektrode waarop de katalysator wordt aangebracht is dus slechts tien micrometer.

Druppel voor druppel afzetten van katalysatordeeltjes

Met eerdere methoden, de katalysatordeeltjes waren ofwel gelijkmatig over het monster verdeeld, d.w.z. zelfs waar ze niet nodig waren, of methoden werden gebruikt die het materiaal zouden kunnen beschadigen. Beide nadelen worden met de nieuwe methode geëlimineerd, die is gebaseerd op scanning elektrochemische celmicroscopie. De onderzoekers vullen een glazen capillair met een vloeistof die de katalysatordeeltjes bevat. Vervolgens naderen ze het capillair naar de elektrode waarop de deeltjes moeten worden afgezet. Een klein druppeltje van de deeltjesvloeistof hangt aan de onderste opening van het capillair.

De onderzoekers benaderen het capillair naar de elektrode totdat de druppel vloeistof in contact komt met de elektrode en een elektrisch circuit sluit. Dit stopt automatisch de nadering, het voorkomen van schade aan het materiaal. De wetenschappers trekken dan het capillair terug, maar de druppel vloeistof blijft op de elektrode. Deze stap kan zo vaak als nodig worden herhaald. Eindelijk, de onderzoekers verdampen het oplosmiddel zodat alleen de katalysatordeeltjes overblijven, die nu op de elektrode zijn bevestigd.

Geschikt voor veel katalysatormaterialen

"Als de methodiek eenmaal is vastgesteld, het biedt een schone, gebruiksvriendelijke en variabele manier om een ​​groot aantal verschillende katalysatormaterialen stabiel en reproduceerbaar aan te brengen en te meten op TEM-chips met vloeibare cellen, ", zegt Wolfgang Schuhmann.