Morfología Dependiente del Tamaño de Catalizadores Bimetálicos Desaleados: Vinculando la Escala Nano a la Macro

La desaleación química de precursores de aleación binaria de Pt ha surgido como un proceso de preparación novedoso e importante para catalizadores de celdas de combustible altamente activos. La desaleación es un lixiviado (electro)químico selectivo de un metal menos noble M de un material precursor de aleación de Pt rico en M y ha sido un tema familiar de la tecnología de corrosión a escala macro durante décadas. Sin embargo, los procesos atómicos que ocurren durante la desaleación de materiales a nanoescala son prácticamente inexplorados y, por lo tanto, se entienden mal. Aquí, hemos investigado cómo la morfología y la composición intraparticular dependen del tamaño de las nanopartículas precursoras de aleación de Pt-Co y Pt-Cu desaleadas. Para examinar la relación tamaño-morfología-composición, utilizamos una combinación de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (STEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopia de pérdida de energía electrónica (EEL), espectroscopia de rayos X dispersiva en energía (EDS) y voltametría cíclica sensible a la superficie. Nuestros resultados indican la existencia de tres regímenes de morfología dependiente del tamaño claramente distintos en los ensambles de partículas desaleadas de Pt-Co y Pt-Cu: (i) La disposición de la capa de Pt que rodea un núcleo de aleación único ("nanopartículas de núcleo-doncha único") se forma exclusivamente mediante la desaleación de partículas por debajo de un diámetro característico d(múltiples núcleos) de 10-15 nm. (ii) Por encima de d(múltiples núcleos), dominan las partículas bimetálicas de núcleo-capa no porosas y muestran estructuras con núcleos ricos en Co/Cu de forma irregular ("nanopartículas de núcleo-múltiples capas"). (iii) Por encima del segundo diámetro característico d(poros) de aproximadamente 30 nm, las partículas desaleadas de Pt-Co y Pt-Cu comienzan a mostrar agujeros superficiales y poros a nanoescala junto a núcleos ricos en Co/Cu múltiples. Esta estructura prevalece hasta partículas desaleadas macroscópicas similares a volúmenes con un diámetro de más de 100 nm. Las relaciones tamaño-morfología-composición vinculan la nanoescala a la macroescala y proporcionan una visión de la brecha de material existente de nanopartículas desaleadas y partículas bimetálicas altamente porosas similares a volúmenes en la ciencia de la corrosión.