(Phys.org) —Depuis des centaines d'années, les alchimistes ont essayé de transformer les métaux de base en métaux précieux. Bien qu'ils ne puissent jamais transformer le plomb en or, les scientifiques ont découvert un moyen de transformer une nanoparticule riche en nickel en une « nanocadre » riche en platine qui pourrait façonner le développement des piles à combustible et d'autres technologies électrochimiques.

Des chercheurs de l'Argonne National Laboratory du département américain de l'Énergie et du Lawrence Berkeley National Laboratory se sont associés pour convertir des polyèdres platine-nickel en cadres nus contenant une teneur en platine beaucoup plus riche. Physicien chimiste d'Argonne Vojislav Stamenkovic, et le chercheur de Lawrence Berkeley et professeur à l'UC Berkeley, Peidong Yang, a dirigé l'équipe de recherche qui a donné aux scientifiques une nouvelle approche de la catalyse.

"Les polyèdres sont les nanostructures habituelles utilisées depuis des décennies pour la recherche en catalyse, " Stamenkovic a déclaré. "Nos recherches montrent qu'il peut y avoir d'autres options disponibles."

Le platine est un agent catalytique hautement actif, le rendant souhaitable pour les chercheurs qui recherchent de nouveaux matériaux pour les piles à combustible et les batteries métal-air, entre autres technologies. Malheureusement, en raison de sa nature rare et chère, les chercheurs ont dû trouver des moyens de l'utiliser le plus efficacement possible. Dans la configuration polyèdre, bon nombre des précieux atomes de platine étaient enfouis et inaccessibles dans la masse de la nanoparticule.

En érodant l'intérieur de la nanoparticule à l'aide d'un procédé chimique, les chercheurs ont pu créer un nanoframe – un squelette du polyèdre original qui a conservé les bords relativement riches en platine. Alors que le polyèdre d'origine se composait de trois atomes de nickel pour chaque un de platine, les nanoframes avaient, en moyenne, les proportions inverses.

Le choix d'utiliser des nanoframes plutôt que des polyèdres a conféré aux chercheurs un avantage supplémentaire majeur. Au lieu d'avoir à entrer en contact avec la surface de la nanoparticule, les molécules catalysées pourraient le contacter de n'importe quelle direction, y compris ce qui était autrefois l'intérieur de la structure. Cela a augmenté la surface disponible pour que les réactions aient lieu.

"Avec des cadres, nous avons complètement ouvert la structure et nous nous sommes débarrassés des atomes en vrac non fonctionnels enfouis. Il existe encore un nombre important de sites actifs sur les nanoframes qui peuvent être approchés de n'importe quelle direction, ", a déclaré Stamenkovic.

Après avoir érodé le matériau, les scientifiques d'Argonne et de Berkeley voulaient assurer sa stabilité dans le dur, environnement électrochimique très exigeant. Faire cela, ils ont créé une "seconde peau" de platine sur le nanoframe, augmentant sa durabilité.

Selon Yang, les cadres nanocatalyseurs offrent un certain nombre d'avantages. "Contrairement à d'autres procédures de synthèse pour les nanostructures creuses qui impliquent une corrosion induite par des agents oxydants agressifs ou un potentiel appliqué, notre méthode se déroule spontanément dans l'air, " a-t-il déclaré. " La structure ouverte de nos nanocadres en platine/nickel répond à certains des principaux critères de conception pour les électrocatalyseurs nanométriques avancés, y compris un rapport surface/volume élevé, Accessibilité moléculaire de surface en 3D et utilisation de métaux précieux considérablement réduite."

"Nos résultats décrivent une nouvelle classe de matériaux basée sur l'architecture ouverte du nanoframe creux et son profil de composition de surface bien défini, " Stamenkovic a ajouté. " La technique de fabrication de ces nanocadres creux peut être facilement appliquée à d'autres électrocatalyseurs multimétalliques ou catalyseurs en phase gazeuse. Nous sommes assez optimistes quant à sa viabilité commerciale."

Un article basé sur la recherche intitulée "Highly Crystalline Multimetallic Nanoframes with Three-Dimensional Electrocatalytic Surfaces" paraît dans l'édition du 27 février de Science Express et sera publié prochainement dans Science .