Nano-optista sähkökemiallisten reaktioiden seurantaa

Monet teknologiset sovellukset, kuten anturit ja akut, ovat suuresti riippuvaisia sähkökemiallisista reaktioista.

Näiden teknologioiden parantaminen riippuu sähkökemiallisten reaktioiden toimintatavan ymmärtämisestä. Useimmat nykyiset menetelmät eivät kuitenkaan pysty tarkastelemaan sähkökemiallisia reaktioita yksityiskohtaisesti.

Utrechtin yliopiston tutkijat ovat nyt kehittäneet menetelmän, joka voittaa tämän rajoituksen. Tämä tarjoaa tehokkaan uuden tavan tutkia ja parantaa sähkökemiallisia prosesseja.

Vedyn tuotanto veden elektrolyysillä on yksi esimerkki siitä, missä elektrodien sähkökemialliset reaktiot ovat tärkeitä kestävän teknologian kannalta. Ratkaisevat vaiheet tapahtuvat kuitenkin vain muutaman nanometrin sisällä elektrodin pinnasta, mikä on liian pieni etäisyys useimpiin perinteisiin menetelmiin. 

Utrechtin yliopiston tutkijat ovat yhdessä Itä-Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston kollegoidensa kanssa kehittäneet uuden tekniikan, jolla voidaan seurata sähkökemiallisia reaktioita nanomittakaavassa. Tekniikkaa kutsutaan opto-iontroniseksi mikroskopiaksi, ja siinä käytetään optista mikroskooppia.

Opto-iontronisella mikroskopialla on tärkeä etu muihin tekniikoihin verrattuna tutkittaessa reaktioita niin pienessä mittakaavassa. Esimerkiksi elektronimikroskooppi toimii korkeassa tyhjiössä, mikä vaatii näytteen valmistelua.

Opto-iontroninen mikroskopia mahdollistaa reaktioiden tutkimisen todellisissa työskentelyolosuhteissa. Näytteet eivät tarvitse valmistelua, ja olosuhteet heijastavat todellista maailmaa. Nämä edut tekevät tekniikasta suhteellisen halvan. Vaikka sen resoluutio on tällä hetkellä alhaisempi kuin elektronimikroskopiassa, se on silti korkea ja mittaa jokaisen millisekunnin.

Menetelmä on merkityksellinen monilla sähkökemiallisten reaktioiden tutkimukseen liittyvillä tutkimusaloilla. Vety- ja polttoaineteknologiat, kuten veden elektrolyysi, ovat vain yksi esimerkki.

Muita potentiaalisia alueita ovat materiaali- ja rajapintatutkimus, kuten katalyyttien suunnittelu, sekä analyyttinen/ympäristöön liittyvä sähkökemia, mukaan lukien sähkökemiallinen sensorointi ja ympäristöön liittyvät sähkökemialliset prosessit.

Aiheesta aiemmin:

Nanoreaktori vedyn tuotantoon