Électrocatalyse au microscope à force atomique
Plus d'informations avec l'AFM
Une nouvelle avancée dans le domaine de la microscopie à force atomique permet désormais d'obtenir simultanément des images du profil de hauteur de structures fines de l'ordre du nanomètre, ainsi que du courant électrique et de la force de frottement aux interfaces solide-liquide. Une équipe du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) et de l'Institut Fritz Haber (FHI) de la société Max Planck a réussi à analyser des matériaux actifs sur le plan électrocatalytique et à obtenir des informations qui permettront d'optimiser les catalyseurs. La méthode est également potentiellement adaptée à l'étude des processus sur les électrodes des batteries, en photocatalyse ou sur les biomatériaux actifs.
Le principe de la microscopie corrélative à force atomique en mode contact : une pointe fine à l'extrémité d'un cantilever balaie la surface. Cela permet de mesurer les forces d'interaction entre la pointe et la surface de l'échantillon, y compris les forces de frottement. Si une tension est également appliquée, le courant électrique circulant à travers le contact peut également être mesuré.
M. Munz /FHI / HZB
Pour gérer la transition énergétique, il sera également important de développer rapidement des matériaux bon marché et efficaces pouvant être utilisés pour diviser l'eau ou leCO2 par électrocatalyse. Dans ce processus, une partie de l'énergie électrique est stockée dans les produits de la réaction chimique. L'efficacité de ces électrocatalyseurs dépend largement de la nature des interfaces électrode-électrolyte, c'est-à-dire des interfaces entre les électrodes solides et l'électrolyte généralement aqueux. Cependant, les études physiques à résolution spatiale de ces interfaces solide-liquide sont encore relativement rares.
Plus d'informations grâce à l'AFM
Le Dr Christopher S. Kley et son équipe ont mis au point une nouvelle approche de la microscopie à force atomique (AFM) corrélative. Une pointe extrêmement pointue est balayée sur la surface et son profil de hauteur est enregistré. En fixant la pointe à l'extrémité d'un cantilever miniaturisé, les interactions de force entre la pointe et la surface de l'échantillon, y compris les forces de frottement, peuvent être mesurées avec une grande sensibilité. En outre, le courant électrique circulant à travers le contact mécanique peut être mesuré, à condition qu'une tension soit appliquée. "Cela nous a permis de déterminer simultanément la conductivité électrique, le frottement mécano-chimique et les propriétés morphologiques in situ (c'est-à-dire dans les conditions de la phase liquide plutôt que sous vide ou dans l'air)", souligne M. Kley.
Électrocatalyseur cuivre-or
Grâce à cette méthode, les scientifiques ont étudié un électrocatalyseur bimétallique cuivre-or nanostructuré, en collaboration avec le professeur Beatriz Roldán Cuenya de l'Institut Fritz-Haber (FHI). Ces matériaux sont notamment utilisés dans la conversion électrocatalytique duCO2 en vecteurs énergétiques. "Nous avons pu clairement identifier des îlots d'oxyde de cuivre présentant une résistance électrique plus élevée, mais aussi des joints de grains et des régions à faible conductivité dans la couche d'hydratation où la surface du catalyseur entre en contact avec l'électrolyte aqueux", explique le Dr Martin Munz, premier auteur de l'étude.
De tels résultats sur les interfaces catalyseur-électrolyte permettent de les optimiser de manière ciblée. "Nous pouvons maintenant observer comment les environnements électrochimiques locaux influencent le transfert de charge à l'interface", ajoute M. Kley.
Focus sur les interfaces solide-liquide
"Toutefois, nos résultats présentent également un intérêt général pour la recherche énergétique, en particulier pour l'étude des processus de conversion électrochimique, qui jouent également un rôle dans les systèmes de batteries. Les connaissances sur les interfaces solide-liquide peuvent également être utiles dans des domaines de recherche complètement différents, comme la compréhension des processus de corrosion, les systèmes de nanocapteurs, et éventuellement répondre à des questions scientifiques en fluidique et en sciences de l'environnement, comme les processus de dissolution ou de dépôt sur les surfaces métalliques exposées à l'eau.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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