Platino, un metallo nobile, viene ossidato più rapidamente del previsto in condizioni tecnologicamente rilevanti. È quanto emerge da uno studio condotto congiuntamente dal DESY NanoLab e dall'Università di Vienna. Dispositivi che contengono platino, come i convertitori catalitici utilizzati per ridurre le emissioni di scarico delle automobili, può subire una perdita di efficacia a causa di questa reazione. Un team guidato dall'autore principale Thomas Keller, da DESY e dall'Università di Amburgo, ha pubblicato un recente studio su questo fenomeno in Ionica allo stato solido .

"Il platino è un materiale estremamente importante dal punto di vista tecnologico, " dice Keller. "Le condizioni in cui il platino subisce l'ossidazione non sono ancora state completamente stabilite. Esaminare queste condizioni è importante per un gran numero di applicazioni".

Gli scienziati hanno studiato un sottile strato di platino che era stato applicato a un cristallo di zirconia stabilizzato con ittrio (cristallo YSZ), la stessa combinazione che viene utilizzata nella sonda lambda dei sistemi di emissione dei gas di scarico delle automobili. Il cristallo YSZ è un cosiddetto conduttore ionico, il che significa che conduce atomi (ioni) caricati elettricamente, in questo caso ioni di ossigeno. Lo strato di platino depositato dal vapore funge da elettrodo. La sonda lambda misura il contenuto di ossigeno dei gas di scarico nell'auto e lo converte in un segnale elettrico che a sua volta controlla elettronicamente il processo di combustione per ridurre al minimo gli scarichi tossici.

Al DESY NanoLab, gli scienziati hanno applicato una differenza di potenziale di circa 0,1 volt al cristallo YSZ rivestito di platino e lo hanno riscaldato a circa 450 gradi Celsius, condizioni simili a quelle che si trovano in molti dispositivi tecnici. Di conseguenza, ossigeno raccolto sotto il film di platino impermeabile raggiungendo pressioni fino a 10 bar, corrispondente a quello dei pneumatici di un autocarro. La pressione esercitata dall'ossigeno, insieme alla temperatura elevata, ha causato la formazione di piccole bolle all'interno del film di platino, tipicamente avente un diametro di circa 1000 nanometri (0,001 millimetri). "Le vesciche di platino sono un fenomeno diffuso, e vorremmo svilupparne una migliore comprensione, " spiega Keller. "La nostra indagine può anche essere considerata rappresentativa di questo tipo di fenomeno elettrochimico in una gamma di altri strati limite".

Gli scienziati hanno utilizzato un fascio ionico focalizzato (FIB) come una sorta di bisturi ultraaffilato per aprire a fette le bolle di platino ed esaminarne l'interno più da vicino. Hanno scoperto che la superficie interna delle bolle era rivestita con uno strato di ossido di platino che poteva essere spesso fino a 85 nanometri, molto più spesso del previsto.

"Questa massiccia ossidazione è avvenuta in condizioni in cui normalmente non si osserva, " riporta il coautore Sergey Volkov, che ha scritto la sua tesi di dottorato all'Università di Amburgo sull'argomento. "Di regola, il platino è un materiale altamente stabile, proprio per questo viene scelto per molte applicazioni, come i convertitori catalitici nelle automobili, perché non è facilmente modificabile. Le nostre osservazioni sono quindi importanti per tali applicazioni." Gli scienziati sospettano che l'alta pressione dell'ossigeno all'interno della bolla acceleri l'ossidazione del metallo. Questo deve essere preso in considerazione nel funzionamento dei sensori elettrochimici.