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科学家发现具有多种元素的纳米颗粒的应用

一种新兴的合金纳米粒子被证明比单元素纳米粒子更稳定,更耐用。催化剂是现代社会无数方面不可或缺的组成部分。通过加速重要的化学反应,催化剂可支持工业生产并减少有害排放。它们还提高了化学工艺的效率,适用于从电池,运输到啤酒和洗衣粉的各种应用。

尽管催化剂具有重要意义,但它们的工作方式对于科学家而言通常是个谜。了解催化过程可以帮助科学家开发更高效和更具成本效益的催化剂。在最近的一项研究中,来自伊利诺伊州芝加哥大学(UIC)和美国能源部(DOE)阿尔贡国家实验室的科学家发现,在经常迅速降解催化材料的化学反应过程中,某些类型的催化剂表现出异常高的稳定性和稳定性。耐用性。

这项研究中的催化剂是合金纳米颗粒或由多种金属元素(例如钴,镍,铜和铂)组成的纳米级颗粒。这些纳米粒子可能有多种实际应用,包括水分解以在燃料电池中产生氢;通过捕获并将其转化为有用的材料(例如甲醇)来减少二氧化碳;生物传感器中更有效的反应以检测体内物质;太阳能电池可以更有效地产生热量,电能和燃料。

在这项研究中,科学家研究了“高熵”(高度稳定)合金纳米颗粒。UIC的Reza Shahbazian-Yassar领导的研究团队使用了美国能源部科学办公室用户设施Argonne的纳米级材料中心(CNM)来表征颗粒在氧化过程中的成分,该过程会降解材料并降低其含量。在催化反应中的有用性。

这项研究的首席科学家UIC的科学家鲍勃·宋说:“使用CNM的气流透射电子显微镜(TEM),我们可以实时,高分辨率地捕获整个氧化过程。” “我们发现高熵合金纳米粒子比普通金属粒子具有更好的抗氧化能力。”

为了进行TEM,科学家将纳米粒子嵌入氮化硅膜中,并使不同类型的气体流经粒子上方的通道。一束电子探测了粒子与气体之间的反应,揭示了在此过程中氧化速率低以及某些金属(铁,钴,镍和铜)向粒子表面的迁移。

UIC工程学院机械与工业工程学教授Shahbazian-Yassar表示:“我们的目标是了解高熵材料与氧气的反应速度以及纳米粒子在这种反应过程中如何演化。”

Shahbazian-Yassar认为,这项研究中的发现可以使许多能量存储和转换技术受益,例如燃料电池,锂空气电池,超级电容器和催化剂材料。纳米颗粒还可用于开发耐腐蚀和高温材料。

CNM的科学家Argonne的Yuzi Liu表示:“这是CNM的功能和服务如何满足我们合作者需求的成功展示。“我们拥有最先进的设施,我们也希望提供最先进的科学。”

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