La surface des particules en forme de plaque est loin d'être lisse, selon une nouvelle étude de microscopie électronique à transmission menée par le Pacific Northwest National Laboratory et la société FEI.
(Phys.org)—Ni lisse ni désordonné, les nanoparticules d'alumine gamma sont ondulées avec de minuscules pores à l'intérieur, selon les scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory. A l'aide d'un puissant microscope électronique à transmission, l'équipe a obtenu des images à ultra haute résolution et des données chimiques sur la surface de la particule. Ils ont découvert que les particules étaient recouvertes de crêtes faites à partir d'un pourtant symétrique, disposition des atomes. La disposition ouverte sur les surfaces, noté (110), couvre 70 % de la nanoparticule.
En comprenant la structure et la fonction de minuscules particules d'alumine gamma, les scientifiques prennent des mesures cruciales pour optimiser et réaliser de nouvelles propriétés utiles pour ces matériaux. "Si nous pouvons en apprendre davantage sur les surfaces, alors nous pouvons les adapter et les rendre plus efficaces dans les applications catalytiques, " a déclaré le Dr Libor Kovarik, qui a dirigé l'étude d'imagerie dans le cadre de l'Initiative d'imagerie chimique du PNNL.
Pourquoi c'est important :La réduction de la demande énergétique des raffineries ou des émissions des voitures et des camions nécessite des catalyseurs efficaces sur des matériaux de support durables. Le matériau de support doit résister à de fortes variations de température et de pression. L'alumine gamma a été largement étudiée, mais son arrangement atomique n'a pas été établi en raison du défi d'obtenir une vue détaillée de ce matériau complexe. La description précise de la structure atomique est cruciale pour comprendre et tirer parti des meilleures propriétés de l'alumine gamma.
« La recherche catalytique exige ce type de recherche en imagerie chimique de pointe, " a déclaré le Dr Charles Peden, un scientifique de la catalyse hétérogène qui a travaillé sur l'étude, et directeur associé de l'Institut de catalyse intégrée du PNNL. "Les nouvelles images exceptionnelles du Dr Kovarik à partir de ce microscope puissant ont fourni de nouvelles informations sans précédent sur un matériau catalyseur d'une énorme utilité pratique."
L'équipe a commencé avec une nouvelle méthode de synthèse de matériaux, et un nouveau microscope pour obtenir les images et interpréter les données chimiques associées. Avec l'approche de synthèse, l'équipe a produit des particules d'alumine gamma en forme de losange, Al
Ils ont placé ces particules de catalyseur sur une grille et à l'intérieur d'une cellule spécialisée. La cellule a ensuite été insérée dans un microscope utilisant un faisceau d'électrons, plutôt que de lumière, pour obtenir des images. Cet instrument est un microscope électronique à transmission à correction d'aberration sphérique avec un détecteur de champ sombre annulaire à grand angle. L'équipe a opéré le microscope, ou TEM, dans deux modes différents, contraste de phase et balayage. De cette façon, ils ont obtenu des images tridimensionnelles détaillées qui pouvaient être découpées en tranches avec un logiciel spécialisé produisant des vues entièrement nouvelles.
"La microscopie électronique à transmission est la seule technique qui peut fournir une visualisation directe de ce matériau complexe. Alors que la spectroscopie fournit une mine d'informations sur l'environnement de liaison chimique des atomes sur ces surfaces, seul le TEM peut nous donner une vue directe et révéler les fines caractéristiques structurelles des surfaces matérielles, " a déclaré Kovarik.
L'équipe a découvert que la surface des particules était ondulée au niveau atomique. La surface est fortement altérée lors de la synthèse, avec 70% de la surface relativement plane, dénommé (110), se transformant en un arrangement plus ouvert de courtes saillies de forme triangulaire avec (111) facettes.
Découper les images TEM ouvertes, l'équipe a découvert des pores dans les particules en forme de plaque. Les pores oblongs, environ 2 à 4 nanomètres de large, ont été répartis dans tout le matériel. Étonnamment, les surfaces à l'intérieur des pores n'ont pas la même structure que celles sur les surfaces externes des particules.
« Une fois que vous pouvez voir et comprendre un système complexe, vous pouvez générer une base de temps pour contrôler ce système, " a déclaré le Dr Louis Terminello, qui dirige l'Initiative d'imagerie chimique au PNNL.
Voir la surface ondulée et les pores oblongs à l'intérieur des particules d'alumine donne aux chercheurs des indices pour adapter l'alumine gamma et d'autres types de particules de support de catalyseur. Ce travail fait partie d'un effort plus large visant à élucider la structure électronique et atomique des catalyseurs et des matériaux de stockage d'énergie.
