Platine, un métal noble, s'oxyde plus rapidement que prévu dans des conditions technologiquement pertinentes. C'est ce qui ressort d'une étude menée conjointement par le DESY NanoLab et l'Université de Vienne. Appareils contenant du platine, tels que les convertisseurs catalytiques utilisés pour réduire les émissions de gaz d'échappement dans les voitures, peut subir une perte d'efficacité à la suite de cette réaction. Une équipe dirigée par l'auteur principal Thomas Keller, de DESY et de l'Université de Hambourg, a publié une étude récente sur ce phénomène en Ionique à l'état solide .

"Le platine est un matériau extrêmement important en termes technologiques, " dit Keller. " Les conditions dans lesquelles le platine subit l'oxydation n'ont pas encore été complètement établies. L'examen de ces conditions est important pour un grand nombre d'applications."

Les scientifiques ont étudié une fine couche de platine qui avait été appliquée sur un cristal de zircone stabilisé à l'yttria (cristal YSZ), la même combinaison qui est utilisée dans la sonde lambda des systèmes d'émission d'échappement automobiles. Le cristal YSZ est un soi-disant conducteur d'ions, ce qui signifie qu'il conduit des atomes (ions) chargés électriquement, dans ce cas des ions oxygène. La couche de platine déposée en phase vapeur sert d'électrode. La sonde lambda mesure la teneur en oxygène des gaz d'échappement de la voiture et la convertit en un signal électrique qui à son tour contrôle électroniquement le processus de combustion pour minimiser les gaz d'échappement toxiques.

Au DESY NanoLab, les scientifiques ont appliqué une différence de potentiel d'environ 0,1 volt au cristal YSZ recouvert de platine et l'ont chauffé à environ 450 degrés Celsius, des conditions similaires à celles trouvées dans de nombreux appareils techniques. Par conséquent, l'oxygène collecté sous le film de platine imperméable atteignant des pressions allant jusqu'à 10 bars, correspondant à celui des pneus d'un camion. La pression exercée par l'oxygène, avec la température élevée, causé la formation de petites bulles à l'intérieur du film de platine, ayant typiquement un diamètre d'environ 1000 nanomètres (0,001 millimètre). « Le cloquage du platine est un phénomène répandu, et nous aimerions en développer une meilleure compréhension, " explique Keller. "Notre enquête peut également être considérée comme représentative de ce type de phénomène électrochimique à une gamme d'autres couches limites."

Les scientifiques ont utilisé un faisceau d'ions focalisé (FIB) comme une sorte de scalpel ultra-tranchant afin de trancher les bulles de platine et d'examiner leur intérieur de plus près. Ils ont découvert que la surface interne des bulles était recouverte d'une couche d'oxyde de platine pouvant atteindre 85 nanomètres d'épaisseur, beaucoup plus épais que prévu.

"Cette oxydation massive a eu lieu dans des conditions dans lesquelles elle n'est normalement pas observée, " rapporte le co-auteur Sergey Volkov, qui a écrit sa thèse de doctorat à l'Université de Hambourg sur le sujet. "Comme règle, le platine est un matériau très stable, c'est précisément pourquoi il est choisi pour de nombreuses applications, tels que les convertisseurs catalytiques dans les voitures, car il ne se modifie pas facilement. Nos observations sont donc importantes pour de telles applications. » Les scientifiques soupçonnent que la haute pression de l'oxygène à l'intérieur de la bulle accélère l'oxydation du métal. Cela doit être pris en compte dans le fonctionnement des capteurs électrochimiques.