On pensait qu'un complexe de nanotubes de carbone prometteur en tant que catalyseur bon marché contenait des impuretés d'azote et de fer qui confèrent au matériau ses propriétés chimiques souhaitables. La microscopie électronique au laboratoire national d'Oak Ridge a confirmé que la structure du matériau incorpore de nombreux atomes lourds, comme les atomes de fer entourés de rouge.
(Phys.org) -- Un nouveau matériau de nanotube de carbone pourrait aider à réduire le coût des piles à combustible, convertisseurs catalytiques et technologies similaires liées à l'énergie en fournissant un substitut aux catalyseurs au platine coûteux.
Le platine, un métal précieux, a longtemps été prisé pour sa capacité à stimuler des réactions chimiques clés dans un processus appelé catalyse, mais à plus de 1 $, 000 l'once, son prix élevé est un facteur limitant pour des applications comme les piles à combustible, qui reposent sur le métal.
A la recherche d'une alternative pas chère, une équipe comprenant des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie s'est tournée vers le carbone, l'un des éléments les plus abondants. Dirigé par Hongjie Dai de l'Université de Stanford, l'équipe a développé un complexe de nanotubes de carbone à parois multiples constitué de feuilles cylindriques de carbone.
Une fois la paroi extérieure du complexe partiellement "décompressée" avec l'ajout d'ammoniac, le matériau s'est avéré présenter des propriétés catalytiques comparables au platine. Bien que les chercheurs soupçonnaient que les propriétés du complexe étaient dues à l'ajout d'impuretés d'azote et de fer, ils n'ont pas pu vérifier le comportement chimique du matériau jusqu'à ce que les microscopistes de l'ORNL l'aient imagé au niveau atomique.
"Avec la microscopie électronique à transmission classique, il est difficile d'identifier les éléments, " a déclaré Juan-Carlos Idrobo de l'ORNL, membre de l'équipe. " En utilisant une combinaison d'imagerie et de spectroscopie dans notre microscope électronique à balayage à transmission, l'identification des éléments est simple car l'intensité des images nanométriques vous indique de quel élément il s'agit. Plus l'intensité est brillante, plus l'élément est lourd. La spectroscopie peut alors identifier l'élément spécifique. "
L'analyse microscopique de l'ORNL a confirmé que les éléments azote et fer étaient bien incorporés dans la structure du carbone, provoquant les propriétés catalytiques observées similaires à celles du platine. La prochaine étape pour l'équipe est de comprendre la relation entre l'azote et le fer afin de déterminer si les éléments fonctionnent ensemble ou indépendamment.
