(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont développé une approche unique pour la synthèse de nanoparticules icosaédriques hautement uniformes en platine. Les résultats ont montré que les facteurs clés pour le contrôle de la forme comprennent une nucléation rapide, croissance cinétiquement contrôlée, et la protection contre l'oxydation par l'air.

"Nous avons développé une approche unique pour la synthèse de nanoparticules icosaédriques hautement uniformes en platine (Pt), " a expliqué Hong Yang, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. « Ceci est important à la fois dans les études fondamentales – nanosciences et nanotechnologies – et dans les sciences appliquées telles que les catalyseurs de piles à combustible à haute performance. »

Le groupe de recherche de Yang se concentre sur la synthèse et la compréhension de la relation structure-propriété des matériaux nanostructurés pour des applications en énergie, catalyse, et biotechnologie. Son papier, "Icosaèdres en platine hautement uniformes fabriqués par la méthode GRAILS assistée par injection à chaud, " a été publié cette semaine dans Lettres nano .

« Bien que les nanostructures polyédriques, comme un cube, tétraèdre, octaèdre, cuboctaèdre, et même l'icosaèdre, ont été synthétisés pour plusieurs métaux nobles, les icosaèdres uniformes de Pt ne se forment pas facilement et sont rarement fabriqués, " a déclaré Wei Zhou, un chercheur invité avec le groupe de recherche de Yang et le premier auteur de l'article.

Un cristal d'icosaèdre est un polyèdre à 20 faces triangulaires équilatérales identiques, 30 arêtes et 12 sommets. Selon Yang, les cristaux de forme icosaédrique peuvent améliorer l'activité catalytique dans la réaction de réduction de l'oxygène en partie à cause de la contrainte de surface.

"L'étape de réaction clé pour améliorer l'activité des catalyseurs d'électrodes à oxygène dans la pile à combustible à hydrogène est d'optimiser la force de liaison entre le Pt et les espèces intermédiaires contenant de l'oxygène absorbées, ", a déclaré Yang. "Cela permet la production rapide d'eau et laisse l'intermédiaire réagir et quitter la surface rapidement afin que le site du catalyseur puisse être utilisé à nouveau."

"Contrairement à de nombreuses autres formes de nanoparticules métalliques, un nanocristal icosaédrique n'est pas un monocristal, mais a de nombreuses frontières jumelles (défauts) dans cette forme. Les données de simulation précédentes suggèrent qu'il est instable pour les nanoparticules de Pt d'exister sous cette forme à environ> 1-2 nm et, En effet, il est rare que les nanoparticules de Pt aient cette morphologie." Des nanocristaux icosaédriques de Pt hautement uniformes avec une longueur de bord de 8,8 nm ont été synthétisés par le groupe de recherche de Yang. Ils ont été fabriqués à partir d'acétylacétonate de platine dans de la dodécylamine et avec une petite quantité d'acide oléique en utilisant une injection à chaud -Approche GRAILS assistée (agent réducteur de gaz en solution liquide) Dans l'approche GRAILS, l'inclusion de gaz CO facilite grandement la formation de formes bien définies.

"Nos résultats ont montré que les facteurs clés pour le contrôle de la forme comprennent une nucléation rapide, croissance cinétiquement contrôlée, et protection contre l'oxydation par l'air, " ajouta Zhou. En ajustant ces paramètres clés, Pt tiges hyper-ramifiées, cubes, et des octapodes ont également été obtenus.

"Nous étudions actuellement pourquoi cette forme se forme dans nos systèmes et comment nous pouvons utiliser ce principe pour produire d'autres nanoparticules de Pt et ses alliages inhabituels et potentiellement utiles, " a noté Yang. " La grande pureté (> 95%) des produits fournit les matériaux modèles idéaux pour étudier les relations structure/morphologie-propriétés. Une telle compréhension mécaniste est précieuse pour la conception de systèmes avancés, catalyseurs de métaux et d'alliages métalliques à hautes performances."