Учёные из Нью-Йоркского университета Тандон разработали новый метод синтеза наночастиц из металлического стекла, который позволяет точно контролировать их размер, состав и атомную структуру. Эти характеристики давно искали при разработке передовых каталитических материалов, используемых в химических реакциях, которые имеют ключевое значение для устойчивого развития и других областей.
В статье «Наночастицы из металлического стекла, синтезированные методом импульсного джоулевого нагрева» (Metallic Glass Nanoparticles Synthesized via Flash Joule Heating), опубликованной в журнале ACS Nano, группа под руководством Андре Д. Тейлора, профессора химической и биомолекулярной инженерии, описывает, как метод импульсного джоулевого нагрева может быстро производить аморфные наночастицы на основе палладия с воспроизводимыми и настраиваемыми характеристиками.
Металлические стёкла
Металлические стёкла — это некристаллические металлы с уникальными свойствами, такими как повышенная коррозионная стойкость и каталитическая активность. Однако их производство в форме наночастиц со специфическими характеристиками было затруднено, особенно когда дело доходило до контроля скорости охлаждения во время производства.
Метод команды
Метод команды включает пропускание электрического импульса через исходный материал, его быстрое нагревание и последующее контролируемое охлаждение. Этот процесс позволяет получать наночастицы из металлического стекла с постоянными размерами (в среднем около 2,33 нанометра) и специально подобранными составами сплавов. Среди полученных наночастиц были системы Pd-P, Pd-Ni-P и Pd-Cu-P.
«Импульсный джоулевый нагрев даёт нам возможность точно настроить процесс синтеза и изолировать эффекты фазы и состава», — сказал Тейлор. «Это упрощает изучение взаимосвязи между структурой и свойствами в системах из металлического стекла, особенно для таких применений, как электрокатализ».
Оценка производительности
Чтобы оценить производительность, исследователи протестировали аморфные наночастицы в качестве электрокатализаторов для реакции выделения кислорода (ОER) — критического шага в электрохимическом расщеплении воды. Они обнаружили, что наночастицы из металлического стекла демонстрируют значительно более низкие начальные потенциалы примерно на 300 милливольт по сравнению с их кристаллическими аналогами. Материалы также продемонстрировали стабильное каталитическое поведение в течение длительного времени работы — до 60 часов.
«Металлическое стекло является предметом исследований в нашей лаборатории уже много лет, и этот метод импульсного джоулевого нагрева представляет собой значительный шаг вперёд в нашей способности синтезировать эти материалы с высокой точностью», — сказал Ханг Ван (Ph.D. ’24), ведущий автор статьи и кандидат наук в лаборатории Тейлора во время исследования.
«Особенно интересно то, как этот подход может в конечном итоге выйти за рамки лабораторных условий. В отличие от других методов синтеза наноматериалов, которые остаются ограниченными небольшими партиями, этот метод может преодолеть разрыв между исследованиями и реальным применением в энергетике».
Перспективы
Исследование представляет новый подход к систематическому изучению аморфных сплавов на наноуровне и может поддержать текущие усилия в области хранения энергии, катализа и разработки электронных материалов. Хотя работа сосредоточена на системах на основе палладия, метод может быть адаптирован для других систем сплавов, которые выигрывают от аморфных структур.
Предоставлено Нью-Йоркским университетом Тандон.