科学家们使用获得诺贝尔奖的化学物质来实现清洁能源的突破

2019-06-12 15:37:58
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科学家们在金属混合物上使用了获得诺贝尔奖的化学技术,可以降低电动汽车燃料电池的成本,减少传统汽车的有害排放。

研究人员已经翻译了一种生物技术,该技术获得了2017年诺贝尔化学奖,以揭示金属纳米粒子中的原子级化学。这些材料是能量转换?#20302;?如燃料电池)最有效的催化剂之一。这是该技术首次用于此类研究。

这些颗粒具有复杂的星形几何形状,这项新工作表明,边缘和角落可以具有不同的化学成分,现在可以对其进行调整以降低电池和催化转换器的成本。

2017年诺贝尔化学奖授予Joachim Frank,Richard Henderson和Jacques Dubochet,他们在开创“单粒子重建”技术方面发挥了作用。这种电子显微镜技术揭示了大量病毒和蛋白质的结构,但通常不用于金属。

现在,曼彻斯特大学的一个团队与牛津大学和麦格理大学的研究人员合作,利用诺贝尔奖获奖技术,制作了由几千个原子组成的金属纳米粒子的三维元素图。

他们的研究发表在纳米快报杂志上,他们的研究表明,可以在三维中绘制纳米尺度的不同元素,从而避免对正在研究的粒子的破坏。

金属纳米颗粒是许多催化剂中的主要成分,例如用于转化汽车?#36130;?#20013;有毒气体的催化剂。它们的有效性在很大程度上取决于它们的结构和化学性质,但由于它们结构非常小,因此需要电子显微镜才能提供图像。但是,大多数?#19978;?#20165;限于2D?#38431;啊?/p>

曼彻斯特大学材料学院的Sarah Haigh教授说:“我们一直在研究在电子显微镜中使用层析?#19978;?#26469;三维地分析元素分布。” “我们通常旋转粒子并从各个方向?#32435;?#22270;像,如医院的CT扫描,但是这些粒子破坏太快,无法建立3D图像。生物学家使用不同的3D?#19978;?#26041;法,我们决定?#25945;?#36825;是否可以与光谱技术一起用于绘制纳米粒子内部的不同元素。“

“像'单粒子重建'一样,该技术通过对许多粒子进行?#19978;?#24182;假设它们在结构上完全相同,但相对于电子束以不同的方向排列而起作用。然后将图像输入到输出三维的计算机算法中。重建。”

在本研究中,新的3D化学?#19978;?#26041;法已被用于研究铂 - 镍(Pt-Ni)金属纳米粒子。

同时来自材料学院的主要作者王一志补充说:“铂基纳米粒子是燃料电池和电池等应用中最有效和最广泛使用的催化材?#29616;?#19968;。我们对3D局部化学分布的新见解可以帮助研究人员设计出更低成本,更高效的催化剂。“

“我们的目标是在未来实现3D化学重建工作流程的自动化,”作者Thomas Slater博士补充道,“我们希望它能提供一种快速可靠的纳米粒子?#19978;?#26041;法,这是加速纳米粒子合成优化的迫?#34892;?#35201;。范围应用包括生物医学传感,发光二极管和太阳能电池。

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