Questa immagine STEM, ottenuto utilizzando Tecnai di NCEM con una risoluzione di 0,14 nanometri, mostra le particelle di platino (puntini bianchi) e le loro posizioni sui nanotubi di carbonio e sui filamenti di DNA.
Al National Center for Electron Microscopy del Berkeley Lab è stato rivelato che il DNA a filamento singolo può disperdere fasci di nanotubi di carbonio a parete singola in tubi individuali e fungere da punti guida per sintetizzare nanoparticelle di platino su questi tubi.
Il National Center for Electron Microscopy (NCEM) del Berkeley Lab ha fornito la tecnologia e una borsa di studio Visiting Scientist che ha aiutato un ricercatore della Missouri State University a fare una scoperta chiave che dovrebbe aumentare gli sforzi per utilizzare i nanotubi di carbonio come supporti catalitici nelle celle a combustibile a etanolo diretto. Utilizzando le capacità di caratterizzazione avanzate dei microscopi TEAM 0.5 e Tecnai di NCEM, lo scienziato dei materiali Lifeng Dong ha scoperto che il DNA a singolo filamento può essere utilizzato per disperdere fasci di nanotubi di carbonio a parete singola in singoli tubi. I singoli filamenti di DNA possono anche servire come punti guida per sintetizzare nanoparticelle di platino su questi tubi.
“Senza la Visiting Scientist Fellowship dell'NCEM, Non avrei avuto l'opportunità di lavorare con gli scienziati NCEM e di utilizzare microscopi all'avanguardia per caratterizzare quei campioni, Dong ha scritto in una lettera al direttore dell'NCEM Uli Dahmen. Dong ha acquisito le sue immagini al TEAM 0.5 e al Tecnai da 200 kV con l'aiuto dello staff di Berkeley Lab presso NCEM, tra cui Christian Kisielowski, Thomas Duden, Masashi Watanabe, Zonghoon Lee e ChengYu Song.
L'immagine TEM in (a) mostra nanoparticelle di platino (puntini neri) su un fascio di nanotubi di carbonio a parete singola. Con un ingrandimento maggiore in (b), i nanotubi iniziano a separarsi l'uno dall'altro e si rivela la configurazione delle particelle di platino (cerchi tratteggiati) lungo i nanotubi.
Le celle a combustibile portatili alimentate direttamente da etanolo hanno il potenziale per essere molto più efficienti dei motori a combustione alimentati a etanolo e molto più pratiche delle celle a combustibile a idrogeno, poiché l'etanolo è più facile da immagazzinare e trasportare rispetto all'idrogeno. Ciò che è mancato per la produzione di celle a combustibile a etanolo diretto è un buon catalizzatore per l'ossidazione dell'etanolo.
I nanotubi di carbonio a parete singola rivestiti di platino (SWCNT) mostrano una brillante promessa per questo compito a causa della loro elevata conduttività elettronica e area superficiale. Però, è la natura di questi nanotubi a parete singola a formare fasci. Affinché possano essere efficacemente utilizzati come sostenitori dei catalizzatori al platino nelle celle a combustibile a etanolo diretto, devono essere trovati modi efficienti per separare gli SWCNT raggruppati in singoli tubi e per sintetizzare nanoparticelle di platino sui nanotubi.
“Le nostre immagini mostrano che le nanoparticelle di platino crescono selettivamente sui nanotubi di carbonio in accordo con le posizioni del DNA a singolo filamento, "Ding dice. “Le molecole di DNA non solo disperdono efficacemente i fasci di SWCNT in singoli tubi, ma forniscono anche un indirizzo per la formazione di nanoparticelle di platino lungo le superfici dei nanotubi. Questo suggerisce un metodo per sintetizzare altri tipi di nanoparticelle supportate da nanotubi di carbonio, come palladio e oro, per applicazioni nelle celle a combustibile e nell'elettronica su nanoscala”.
L'acronimo TEAM sta per Transmission Electron Aberration-corrected Microscope. TEAM 0.5 è in grado di produrre immagini con una risoluzione di metà angstrom, che è inferiore al diametro di un singolo atomo di idrogeno. TEAM 0.5 ha anche la capacità di correggere il fenomeno di degradazione dell'immagine noto come aberrazione sferica. Il microscopio Tecnai da 200 kV è ottimizzato per la ricerca sui materiali che richiede prestazioni di microscopia elettronica a trasmissione di scansione a più alta risoluzione, significato di imaging e spettroscopia, o metodi di imaging e analisi correlati.
"La sfida più grande per ottenere queste immagini è stata che i nostri microscopi rimangono stabili ai massimi livelli di prestazioni, ", afferma Song, membro dello staff di NCEM, che fornisce supporto per il microscopio Tecnai da 200 kV. “Mentre immaginiamo un campione su scala atomica, qualsiasi instabilità al microscopio viene ingrandita milioni di volte con l'immagine. In NCEM controlliamo regolarmente le prestazioni dei nostri microscopi e ci occupiamo di qualsiasi ottica, meccanico, o disturbi elettrici”.
