Un gradino indiano su scala nanometrica. Questo è ciò che il postdoc Nakkiran Arulmozhi chiama il modello che ha visto quando ha corroso un tipo speciale di cristallo di platino. Le immagini uniche mostrano la distruttività del processo, ma mostra anche quanto sia prevedibile.

La corrosione può avvenire in diversi modi. corrosione anodica, Per esempio, è noto come ruggine sulla bicicletta. La superficie si ossida e l'ossido di metallo formatosi può dissolversi se le condizioni sono giuste. "All'inizio, pensavamo che questo sarebbe successo anche con gli elettrodi di platino del mondo reale, " dice Arulmozhi. Hitachi High-Tech Corporation, una società giapponese, ha chiesto il supervisore di Arulmozhi Marc Koper, Professore di Catalisi e Chimica di Superficie, per indagare sull'usura degli elettrodi nella speranza che possano migliorare la loro durata.

Colpo di scena inaspettato

I ricercatori hanno presto scoperto che stava succedendo qualcos'altro e hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista PNAS . "Sembra molto probabile che questo non sia anodico, ma corrosione catodica, " dice Capodistria. In questo processo, un metallo è ridotto, creando un idruro metallico. "Penseresti che questo non sia affatto possibile, perché un metallo è già completamente ridotto. Ma in condizioni catodiche, in altre parole a tensione negativa, il platino si corrode."

I composti che derivano dalla corrosione catodica sono estremamente instabili, quindi non puoi misurarli direttamente. "Dobbiamo presumere che si formino e reagiscano con una molecola d'acqua in un tempo molto breve, facendoli ossidare nuovamente in platino, " dice Capodistria. "Quello che possiamo vedere, però, è che la struttura del materiale cambia."

Non a caso

Arulmozhi ha visualizzato il processo corrodendo in modo controllato cristalli di platino appositamente progettati. Una superficie metallica normalmente è costituita da un miscuglio di cosiddette sfaccettature. In ogni aspetto, gli atomi sono disposti in un modo specifico. Arulmozhi ha realizzato i cristalli in modo tale da sapere esattamente dove si trova ogni sfaccettatura e come è costruita la struttura atomica.

"Ho visto che il processo di usura del platino differisce per sfaccettatura, " dice Arulmozhi. Sulle immagini, puoi vedere come la sfaccettatura di colore verde, punto(110), difficilmente si corrode, mentre la superficie di colore blu, Pt(100), subisce un processo che i ricercatori chiamano incisione frattale. "L'usura inizia sotto forma di un quadrato. Lentamente questo si trasforma in una piramide rovesciata, in cui alla fine viene creato un bellissimo frattale con vari rami. Mi ricordano un pozzo a gradini indiano, ma su scala nanometrica".

"Non ci saremmo mai aspettati che questo processo fosse così ordinato, " dice Capodistria. "Rende prevedibile la corrosione catodica e speriamo di poterne fare un uso intelligente, per esempio progettando elettrodi di platino con solo strutture atomiche che non si corrodono o si corrodono difficilmente."

In altri casi, la corrosione catodica è un fattore desiderabile. "Puoi creare nanoparticelle con loro, " dice Arulmozhi. "Questi si creano quando una particella metallica si stacca dalla superficie attraverso la corrosione e si lega a un'altra particella metallica nella soluzione. In tal caso si desidera un materiale dalle sfaccettature che si usura facilmente, come Pt(100)."