Forskare vid NYU Tandon har utvecklat en ny metod för syntetisering av metalliska glasnanopartiklar som erbjuder förfinad kontroll över storlek, sammansättning och atomstruktur – egenskaper som länge eftersträvats vid utformningen av avancerade katalytiska material som används i kemiska reaktioner som är avgörande för framsteg inom hållbarhet och andra områden.
I artikeln ”Metallic Glass Nanoparticles Synthesized via Flash Joule Heating” som publicerats i ACS Nano beskriver ett team under ledning av André D. Taylor, professor i kemisk och biomolekylär teknik, hur en teknik som kallas flash Joule-uppvärmning snabbt kan producera amorfa palladiumbaserade nanopartiklar med reproducerbara och justerbara egenskaper.
Metalliska glas är icke-kristallina metaller med unika egenskaper, såsom förbättrad korrosionsbeständighet och katalytisk aktivitet. Att producera dem i nanopartikelform med specifika egenskaper har dock varit svårt, särskilt när det gäller att kontrollera kylningshastigheten under produktionen.
Teamets metod innebär att man skickar en elektrisk puls genom ett prekursormaterial, värmer det snabbt och sedan låter det svalna i en kontrollerad hastighet. Denna process ger metalliska glasnanopartiklar med jämna storlekar – i genomsnitt cirka 2,33 nanometer – och skräddarsydda legeringskompositioner. Bland de nanopartiklar som producerades fanns Pd-P-, Pd-Ni-P- och Pd-Cu-P-system.
”Flash Joule-uppvärmning ger oss ett sätt att finjustera syntesprocessen och isolera effekterna av fas och sammansättning”, säger Taylor. ”Detta gör det lättare att undersöka sambandet mellan struktur och egenskaper i metalliska glassystem, särskilt för tillämpningar som elektrokatalys.”
Sammanfattning. Källa: ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c02173
För att utvärdera prestandan testade forskarna de amorfa nanopartiklarna som elektrokatalysatorer för syreutvecklingsreaktionen (OER) – ett kritiskt steg i elektrokemisk vattensplittring. De fann att de metalliska glasnanopartiklarna uppvisade betydligt lägre startpotentialer, cirka 300 millivolt, jämfört med sina kristallina motsvarigheter. Materialen uppvisade också stabilt katalytiskt beteende under långa driftstider på upp till 60 timmar.
”Metalliskt glas har varit ett forskningsfokus i vårt laboratorium i många år, och denna metod med flash-jouleuppvärmning är ett betydande steg framåt i vår förmåga att syntetisera dessa material med precision”, säger Hang Wang (doktorand 2024), huvudförfattare till artikeln och doktorand i Taylors laboratorium vid tidpunkten för forskningen.
”Det som är särskilt spännande är hur denna metod så småningom kan skalas upp utanför laboratoriemiljön. Till skillnad från andra metoder för syntes av nanomaterial som är begränsade till små batcher, har denna teknik potential att överbrygga klyftan mellan forskning och praktisk tillämpning inom energiområdet.”
Studien ger en ny metod för systematisk undersökning av amorfa legeringssystem i nanoskala och kan stödja pågående forskning inom energilagring, katalys och utveckling av elektroniska material. Även om arbetet fokuserar på palladiumbaserade system, kan metoden anpassas för andra legeringssystem som drar nytta av amorfa strukturer.
Mer information: Hang Wang et al, Metallic Glass Nanoparticles Synthesized via Flash Joule Heating, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c02173
