Un team di quattro ricercatori dell'Università di Stanford e dell'istituto di ricerca energetica olandese DIFFER ha determinato per la prima volta il meccanismo con cui le particelle di palladio di dimensioni nanometriche assorbono l'idrogeno. Poiché le proprietà delle nanoparticelle cambiano notevolmente con le loro dimensioni, scegliere i giusti tipi di nanoparticelle consente di mettere a punto le proprietà dei materiali. La scoperta è stata pubblicata in Materiali della natura e può portare a un migliore accumulo di idrogeno e batterie agli ioni di litio.

Spostarsi nella media

Sapere quale nanoparticella scegliere per un'applicazione si rivela una sfida. "Negli esperimenti convenzionali, i ricercatori producono e misurano un'intera gamma di nanoparticelle di varie dimensioni", spiega l'autore principale del documento Andrea Baldi (Stanford University e DIFFER). "Però, la differenza di comportamento tra una particella di 8 e 12 nm è enorme. Quindi, quando fai la media su un intero gruppo di essi, il risultato non ti dice quale comportamento appartiene a quale particella."

Il gruppo di ricerca, guidato da Jennifer Dionne della Stanford University, ha deciso di chiarire la relazione tra le dimensioni delle nanoparticelle e le loro proprietà. Con l'aiuto di Ai Leen Koh presso la struttura del microscopio elettronico a trasmissione ambientale dell'università, Dionne, Baldi e il loro collega ricercatore Turan C. Narayan sono riusciti a selezionare singole nanoparticelle e misurare la quantità di idrogeno che contengono quando sono esposte a pressioni variabili di gas idrogeno.

Modello a conchiglia

I risultati del team corrispondono a un modello in cui un guscio esterno della particella di palladio si carica per primo sull'idrogeno. L'assorbimento di idrogeno fa gonfiare il palladio di circa il 10%, quindi il guscio si espande e apre il nucleo della particella per aspirare più facilmente l'idrogeno. Più piccola è la particella, maggiore è l'influenza relativa del guscio esterno sulla sua massa. "A parte le nostre misurazioni sull'assorbimento di idrogeno, questo si adatta anche ai dati sugli elettrodi nanostrutturati per le batterie agli ioni di litio. in cui le particelle più piccole tendono a caricarsi a potenziali inferiori."

Andrea Baldi:"La svolta è che ora possiamo misurare e potenzialmente prevedere come la dimensione di una singola particella, la forma e la struttura cristallina determinano il meccanismo di assorbimento e rilascio dell'idrogeno."

Ingrandire ulteriormente

"Nella nostra ricerca di follow-up, vogliamo fare il passo successivo e guardare al modo in cui l'idrogeno è distribuito all'interno di una singola nanoparticella", dice Baldi. "Questo dovrebbe davvero aprire una finestra sul processo di assorbimento".