میکروسکوپ جدید مبتنی بر نانوحفره، واکنشهای الکتروشیمیایی را میلیثانیه به میلیثانیه رصد میکند
بسیاری از کاربردهای فناوری، مانند حسگرها و باتریها، تا حد زیادی به واکنشهای الکتروشیمیایی متکی هستند.
بهبود این فناوریها به درک چگونگی عملکرد واکنشهای الکتروشیمیایی بستگی دارد. با این حال، اکثر روشهای فعلی نمیتوانند واکنشهای الکتروشیمیایی را با جزئیات بررسی کنند.
دانشمندان دانشگاه Utrecht اکنون روش جدیدی را توسعه دادهاند که بر این محدودیت غلبه میکند.
این روش، روشی قدرتمند و جدید برای مطالعه و بهبود فرآیندهای الکتروشیمیایی فراهم میکند. این مطالعه در PNAS منتشر شده است.
تولید هیدروژن توسط الکترولیز آب، نمونهای از واکنشهای الکتروشیمیایی در الکترودها برای فناوری پایدار است.
اما مراحل تعیینکننده تنها در چند نانومتر از سطح الکترود اتفاق میافتند که برای اکثر روشهای مرسوم، بسیار کوچک است.
نانوحفرهها
محققان دانشگاه Utrecht ، به همراه همکارانشان در دانشگاه علوم و فناوری شرق چین، اکنون تکنیک جدیدی را توسعه دادهاند که میتواند واکنشهای الکتروشیمیایی را در مقیاس نانو رصد کند. این تکنیک میکروسکوپی اپتو-یونترونیک نام دارد و شامل یک میکروسکوپ نوری است.
واکنشهای الکتروشیمیایی در یک سوراخ کوچک یا نانوحفره رخ میدهند. با تاباندن نور به نانوحفره و اندازهگیری چگونگی تغییرات نور پراکنده شده، این تکنیک، خوانش محلی از فعالیت الکتروشیمیایی را در داخل این ناحیه نانومتری ارائه میدهد.
تکنیک جدید قدرتمند
به گفته فیزیکدان ژو ژانگ، که نویسنده اول این مطالعه است، این یک تکنیک جدید قدرتمند برای نظارت بر واکنشهای الکتروشیمیایی در مقیاس نانو است. او میگوید: «این یک فرصت جدید برای تجزیه و تحلیل واکنشهای الکتروشیمیایی در محیطهای کوچک ایجاد میکند.»
این روش جدید با یک واکنش الکتروشیمیایی مدل به نام واکنش اکسایش-کاهش فروسندیمتانول آزمایش شد.
همچنین، اندازهگیریها با نتایج یک مدل نظری برای فرآیندهای الکتروشیمیایی مقایسه شدند.
میکروسکوپ اپتو-یونترونیک مزیت مهمی نسبت به سایر تکنیکها برای مطالعه واکنشها در چنین مقیاس کوچکی دارد.
به عنوان مثال، یک میکروسکوپ الکترونی در خلاء بالا کار میکند که نیاز به آمادهسازی نمونه دارد.
میکروسکوپ اپتو-یونترونیک به ما امکان میدهد واکنشها را در شرایط کاری واقعی مطالعه کنیم.
نمونهها نیازی به آمادهسازی ندارند و شرایط، دنیای واقعی را منعکس میکنند. این مزایا، این تکنیک را نسبتاً ارزان میکند.
اگرچه وضوح آن در حال حاضر کمتر از میکروسکوپ الکترونی است، اما همچنان بالا است و هر میلیثانیه اندازهگیری میشود.
این روش برای بسیاری از زمینههای تحقیقاتی که شامل مطالعه واکنشهای الکتروشیمیایی هستند، مرتبط است.
فناوریهای هیدروژن و سوخت، مانند الکترولیز آب، تنها یک نمونه هستند. سایر حوزههای بالقوه عبارتند از تحقیقات مواد و رابطها، مانند طراحی کاتالیزور، و الکتروشیمی تحلیلی/محیطی، از جمله حسگری الکتروشیمیایی و فرآیندهای الکتروشیمیایی مرتبط با محیط زیست.
آماده استفاده
این تکنیک آماده استفاده است و ژانگ با افرادی از زمینههای تحقیقاتی مختلف برای همکاری در زمینههایی مانند تکامل هیدروژن و باتریهای دایرهای در تماس بوده است.
در یکی از پروژهها، ژانگ و تیمش قصد دارند نمونه اولیهای برای ذخیرهسازی ایمن و مقیاسپذیر هیدروژن توسعه دهند.
روشهای ذخیرهسازی فعلی نسبتاً ناامن هستند و به انرژی زیادی نیاز دارند.
میکروسکوپ نوری-یونی با تجسم مستقیم انتقال یون و هیدروژن در داخل مواد ذخیرهسازی در مقیاس نانو در زمان واقعی، به این پروژه کمک میکند و محل بروز تلفات انرژی و خطرات ایمنی را آشکار میکند و به طراحی مواد ذخیرهسازی هیدروژن ایمنتر و کارآمدتر کمک میکند.
لینک مفید:دستگاههای میکروسکوپی که میتوانند به دستگاههای تلفن همراه کوچکتر منجر شوند
بیشتر بدانید:کوچکترین QR کد جهان که با میکروسکوپ الکترونی خوانده میشود، در گینس ثبت شد
تاریخ:1404/11/28
