조정 가능한 특성을 지닌 Au/Co 이원 나노입자의 연속 스파크 플라즈마 합성

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18560(2022) 이 기사 인용

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여기서는 암모늄 보란과 같은 수소가 풍부한 화합물의 분해를 위한 효과적인 촉매 시스템인 Au/Co 바이너리 생산을 위해 대기압 전기 스파크 방전 플라즈마를 사용하는 확장 가능하고 환경 친화적인 기상 기술을 제시합니다. 우리는 스파크 플라즈마 기반 기술을 통해 Au/Co 합금 나노입자를 생산할 수 있음을 보여줍니다. 생성된 에어로졸의 실시간 열처리를 통해 형태 및 상 구조를 변화시켜 Au/Co/CoO 입자를 형성할 수 있으며 넓은 입자 조성 범위(24 ~ 64 at.% [Co]/([Co) ] + [Au]) 함량)도 설명됩니다. 우리의 스파크 기반 접근 방식은 합리적인 입자 수율을 제공할 수 있는 것으로 입증되었으므로 이러한 결과는 실험실 규모의 나노촉매 기반 수소 저장 시스템을 실제 응용 분야로 전환하는 데 기여할 수 있습니다.

이진 나노입자(BNP)는 합금1,2 및 상 분리 형태3,4 모두에서 다양한 분야에서 향상된 자기적, 광학적 또는 촉매 성능으로 인해 상당한 관심을 끌고 있습니다. 촉매작용의 경우, 유망한 수소 구동 엔진용 응축상 연료 물질인 암모니아 보란(암미네트리하이드리도보론)에서 수소를 생성하는 데 적합한 후보인 Au/Co 시스템이 대표적인 예입니다5,6,7,8,9 . Au/Co 이원 NP(BNP)는 일반적으로 Au 및 Co 전구체의 동시 환원8,10,11,12 또는 코발트13,14 또는 금15 NP를 시드로 사용하는 등 화학적 방법을 통해 합성됩니다. 이러한 기술은 실험 조건에 따라 Au@Co8,15 또는 Co@Au13 코어-쉘 BNP뿐만 아니라 Au/Co 나노합금11,12을 생성할 수 있습니다. 화학적 방법은 본질적으로 합성된 Au/Co BNP의 크기 및 조성 제어가 어려운 매우 복잡한 다단계 공정에서 다양한 용매와 시약을 사용하며, 이는 응용 분야를 연구하는 데 제한 요소입니다. Au/Co BNP의 훨씬 더 나은 제어는 가스상 방법을 통해 얻을 수 있으며, 가스 또는 진공 환경에서 금속 원자 및 이온의 응축 및 응집에 의해 입자 형성이 촉진됩니다. 시장 외. 벌크 타겟의 스퍼터링에 의해 형성된 과포화 금속 증기를 활용하여 불활성 가스 응축 방법에 의해 제어된 크기와 조성을 가진 Au@Co 및 Co@Au 코어-쉘 BNP가 생성될 수 있음을 보여주었습니다. Llamosaet al. Au/Co BNP의 맞춤화는 다중 이온 클러스터 소스를 사용하여 초고진공에서 잘 정의된 코어-쉘 또는 코어-쉘-쉘 구조를 생성함으로써 달성될 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 접근 방식은 입자 형성 과정에 대한 광범위한 제어를 제공하지만 정교한 장비 및/또는 고진공 환경이 필요하므로 산업 수준으로의 확장성과 실제 적용이 매우 어렵습니다. 다양성과 확장성 모두에서 큰 잠재력을 지닌 또 다른 물리적, 기체상 방법은 스파크 제거입니다. 이는 기술적으로 간단한 아이디어, 즉 고전압 및 고전류, 마이크로초 길이, 진동, 반복 스파크에 의한 두 개의 전도성 전극의 침식을 기반으로 합니다. 위에서 언급한 기상 기술과 마찬가지로 이 공정에는 고순도 벌크 전극과 제어된 가스 환경만 포함되므로 매우 순수한 NP를 얻을 수 있습니다. 또한 스파크 제거에는 진공 시스템이 필요하지 않으며 전기적 구현도 간단하여 확장 가능한 입자 생성이 용이합니다. 또한, 서로 다른 조성을 가진 두 개의 벌크 전극을 주기적으로 침식하는 능력으로 인해 스파크 제거는 제어 가능한 조성 및 구조를 갖춘 다중 원소 NP 합성 분야에서 최고의 잠재력을 가지고 있습니다. 본 논문에서는 Au/Co BNP의 스파크 절제 기반 합성 및 특성화에 대해 보고합니다. 우리는 또한 입자 형태의 변화와 함께 광범위한 범위에 걸쳐 Au/Co BNP의 조성을 조정할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 우리는 우리의 결과가 수소 저장 시스템과 관련된 다양한 실제 과제에 대해 품질과 양 모두에 적합한 Au/Co 나노촉매를 생산하는 방법론 개발을 촉진한다고 믿습니다.