Methodenartikel

Toepassing van dynamische stam op dunne oxide films geïmmobiliseerd op een Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy

DOI:

10.3791/61410

⸱

28 juli 2020

 ,  ,  ,  , 
1Chemical and Nanoscience Center, National Renewable Energy Laboratory, 2Catalytic Carbon Transformation and Scale-Up Center, National Renewable Energy Laboratory, 3Biosciences Center, National Renewable Energy Laboratory

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dynamische, trekspanning wordt toegepast op TiO2 dunne films om de effecten van spanning op elektrokatalyse te bestuderen, met name protonreductie en wateroxidatie. TiO2-folies worden bereid door thermische behandeling van de pseudo-elastische NiTi-legering (Nitinol).

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Directe wijziging van de materiaalstructuur / functie door middel van stam is een groeiend gebied van onderzoek dat heeft toegestaan voor nieuwe eigenschappen van materialen te ontstaan. De afstemming van de materiaalstructuur kan worden bereikt door een externe kracht te beheersen die wordt opgelegd aan materialen en stressbelastingreacties te induceren (d.w.z. het toepassen van dynamische belasting). Elektroactieve dunne films worden meestal afgezet op vorm of volume tunable elastische substraten, waar mechanische belasting (d.w.z. compressie of spanning) de filmstructuur en de functie kan beïnvloeden door opgelegde belasting. Hier vatten we methoden samen voor het persen van n-type gedrogeerde titaniumdioxide (TiO2)films bereid door een thermische behandeling van een pseudo-elastische nikkel-titaniumlegering (Nitinol). Het belangrijkste doel van de beschreven methoden is om te bestuderen hoe stam elektrokatalytische activiteiten van metaaloxide beïnvloedt, met name waterstofevolutie en zuurstofevolutiereacties. Hetzelfde systeem kan worden aangepast om het effect van spanning breder te bestuderen. Strain engineering kan worden toegepast voor optimalisatie van een materiaalfunctie, evenals voor het ontwerp van verstelbare, multifunctionele (foto)elektrokatalytische materialen onder externe stresscontrole.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het vermogen om de oppervlaktereactiviteit van katalytische materialen te veranderen door de invoering van stam is algemeen erkend1,2,3. Effecten van stam in kristallijne materialen kunnen worden geïntroduceerd door het aanpassen van de materiaalarchitectuur(statische belasting)of door het toepassen van een variabele externe kracht(dynamische stam). In kristallijne materialen kan statische stam worden geïntroduceerd door doping4, de-alloying5,6, annealing7, epitaxiale groei op een niet-overeenkomend kristalrooster2 of grootte opsluiting2,3. In polykristallijne materialen kan stam optreden binnen graangrenzen als gevolg van kristaljumele8. Het bepalen van de optimale mate van statische belasting met materiaalarchitecturen vereist het ontwerpen van een nieuw monster voor elk afzonderlijk niveau van spanning, wat tijdrovend en duur kan zijn. Bovendien introduceert de invoering van statische stam vaakchemischeof ligandeffecten 9,10, waardoor het moeilijk is om de stambijdrage te isoleren. Het toepassen van een dynamische stam die nauwkeurig wordt gecontroleerd door een externe kracht maakt het mogelijk om de structuur/functierelatie van een materiaal systematisch af te stemmen om een dynamisch bereik over de spanningsruimte te verkennen zonder andere effecten in te voeren.

Om de effecten van dynamische belasting op elektrokatalyse te bestuderen, worden metalen of metaaloxiden afgezet op elastische vorm of volumetable substraten, zoals organische polymeren11,12,13,14,15 of legeringen16,17. Toepassingen van mechanische, thermische of elektrische belasting resulteert in buigen, compressie, rek of uitbreiding van een elastisch substraat, waardoor een stress-spanningsrespons op het gedeponeerde katalytisch materiaal verder wordt. Tot nu toe is katalysatortechniek door middel van dynamische belasting gebruikt om elektrokatalytische activiteiten van verschillende metaal- en semigeleidende materialen af te stemmen. Voorbeelden hiervan zijn i) de reactie op de waterstofevolutie (HER) op MoS2, Au, Pt, Ni, Cu, WC11,12,13,14, ii) de reactie op zuurstofontwikkeling (OER) op NiOx16, nikkelijzerlegeringen18 en iii) de reactie op zuurstofreductie (ORR) op Pt, Pd12,15,19,20. In de meeste van deze rapporten werden organische polymeren, zoals polymethylmethylmeryrylaat (PMMA), gebruikt als elastische substraten. Eerder demonstreerden we de toepassing van elastische metalen substraten, zoals roestvrij staal16 en een superelastisch/vorm-geheugen NiTi legering (Nitinol17,21) voor stamstudies. Nitinol is ook gebruikt als elastisch substraat voor depositie van platinafilms voor ORR19 en afzetting van batterijhothodematerialen voor energieopslag22,23. Door zijn vormgeheugen en pseudo-elastische eigenschappen kunnen NiTi-legeringen worden vervormd door het toepassen van respectievelijk matige warmte19 of mechanische belasting17. In tegenstelling tot organische elastische substraten vereisen metalen substraten meestal geen afzetting van adhesiepromotors, zijn zeer geleidend en kunnen ze gemakkelijk worden gefunctionaliseerd. Nitinol wordt gebruikt als een elastischer alternatief voor roestvrij staal (SS). Terwijl SS kan worden omkeerbaar gespannen tot 0,2%, nitinol kan worden omkeerbaar gespannen tot 7%. Nitinol dankt zijn unieke eigenschappen aan een martensitische vaste toestand kristal transformatie die grote elastische vervormingen24,25mogelijk maakt . Beide materialen zijn commercieel verkrijgbaar in verschillende geometrieën (bijvoorbeeld folies, draden en veren). Wanneer het in elastische veren wordt gevormd, kunnen metalen substraten worden gebruikt om effecten van dynamische belasting op elektrokatalyse te bestuderen zonder dat dure instrumentatie nodig is16; het definiëren van de stress-spanning respons is echter uitdagender dan voor andere geometrieën.

In eerdere experimentele studies met overgangsmetaalkatalysatoren zijn veranderingen in de activiteiten van katalytische oppervlakken onder druk toegeschreven aan veranderingen in de energetische stoffen van de d orbitalen die in de volksmond bekend staan als d-bandtheorie26. Daarentegen zijn de effecten van belasting op metaaloxiden aanzienlijk complexer, omdat dit gevolgen kan hebben voor bandgap, carriermobiliteit, diffusie en distributie van defecten en zelfs directe/indirecte overgangen21,27,28,29,30,31. Hierin bieden we gedetailleerde protocollen voor de voorbereiding en karakterisering van n-type gedopte TiO 2 dunne films,evenals protocollen om elektrokatalytische activiteiten van deze films te bestuderen onder tunable, trekspanning. Het gelijkwaardige systeem kan worden toegepast om elektrokatalytische activiteiten van verschillende materialen te bestuderen als functie van dynamische belasting.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Bereiding van NiTi/TiO2-elektroden

  1. Chemisch en mechanisch polijsten van NiTi substraten
    1. Snijd de superelastische NiTi folie (0,05 mm dikte) in stroken van 1 cm x 5 cm.
    2. Pools monster met 320-, 600- en 1200-grit schuurpapier, en spoel vervolgens met ultrazuiver water (18.2 MΩ).
    3. Pools monster met 1 μm diamant, 0,25 μm diamant en 0,05 μm aluminiumoxide polish.
    4. Na polijsten, sonicate gedurende 5 min of meer in opeenvolgende baden van ultrazuiver water (18.2 MΩ), isopropanol, ethanol, ultrazuiver water (18.2 MΩ), en vervolgens droog onder stikstof (gebruikte organische oplosmiddelen waren reagens kwaliteit).
      LET OP: Organische oplosmiddelen zijn ontvlambaar, kunnen huid en ogen irriteren, giftig bij inname. Gebruik voorzichtig in goed geventileerde ruimtes.
      LET OP: Folies moeten voorzichtig worden behandeld. Herhaaldelijk buigen of draaien kan resulteren in nano-tot-micro-formaat scheuren, die de elastische eigenschappen van invloed hebben op het verminderen van de effecten van belasting op de elektrokatalytische activiteiten.
  2. Voorbereiding van TiO2 films
    1. Oxideren NiTi folies door het plaatsen van folies in een 500 °C oven onder aërobe omstandigheden (Figuur 1).
    2. Voor de bereiding van 50 nm dikke rutile TiO2 films, verwarm NiTi folies gedurende 30 min bij 500 °C. Langere verwarming zal resulteren in dikkere TiO2 films. Verwarming zal leiden tot een verandering in de oppervlaktekleur van grijs naar blauw/paars(figuur 2).
  3. Trekstress toepassen op NiTi/TiO2
    1. Klem folie (1 cm x 5 cm strip) voorzichtig in een mechanische tester(Tafel van materialen)met 1 cm folie aan elk uiteinde.
    2. Zeef de NiTi/TiO2 monsters met een snelheid van 2 mm/min. Houd de spanning op het gewenste niveau (0-3%).
      OPMERKING: Uitbreiding van de beschikbare 3 cm NiTi/TiO2 in de lengte van 0,0 tot 2,1 mm wordt beschouwd als overbelasting van 0 tot 7%, wat kan worden berekend door eenvoudige vergelijkingstam=(l-l0)/l0 , waarbij l0 initieel en l laatste lengte van folie is blootgesteld aan trekspanning. Typische stress-spanningscurve wordt weergegeven in figuur 3.
  4. Om te beginnen met elektrochemische metingen, pre-stam de folie tot 5 N (genomen als 0% stam).
    LET OP: De lichte voorbelasting van de folie leidt tot meer reproduceerbare resultaten.

2. Het uitvoeren van elektrochemische metingen onder druk

  1. Trekstress toepassen op werkende elektrode
    1. Voor het uitvoeren van elektrochemische experimenten onder toegepaste stam, assembleren van de op maat gemaakte elektrochemische cel (figuur 4 en figuur 5) losjes rond de NiTi / TiO2 folie. Zorg ervoor dat het midden van de NiTi/TiO2 folie wordt blootgesteld door de cel zorgvuldig in het midden te plaatsen(figuur 5).
    2. Draai de cel voorzichtig aan op het monster om een oplossingsdichte cel te creëren voor de elektrochemische metingen.
    3. Vul met een elektrolyt en zuiver de oplossing voorzichtig met stikstof.
    4. Verhoog de spanning tot specifieke niveaus, meestal 0 tot 3% in stappen van 0,5% en voer elektrochemische experimenten uit voor elke discrete stamwaarde.
    5. Maak vóór elke stamaanpassing de elektrochemische cel rond NiTi/TiO2 folie los, zodat het monster zich vrij kan bewegen. Vervolgens de cel opnieuw uitlijnen door voorzichtig terug te draaien op het monster en vul het elektrolyt voor de volgende elektrochemische metingen.
      OPMERKING: Aanscherping en untightening van de cel rond de NiTi / TiO2 folie is uiteraard meer omslachtig en tijdrovender dan het werken met een continu aangescherpte cel door de experimenten. Niettemin minimaliseert deze aanpak mogelijke rimpeling van NiTi/TiO2 folie die leidt tot de meest reproduceerbare resultaten en de hoogste effecten van spanning.
  2. Elektrochemische karakterisering van gespannen werkende elektrode
    1. Voer bij een eerste experiment cyclische voltammetrie (CV) of lineaire sweep voltammetrie (LSV) metingen uit(figuur 6A). Verdere karakterisering kan impedantie, elektrolyse, chronoamperometrie, enz.
    2. Verzamel elektrochemische metingen met monsters die zijn blootgesteld aan discrete, toenemende belastingsniveaus (bijvoorbeeld van 0 tot 3% in stappen van 0,5%), gevolgd door een geleidelijke afname van de toegepaste stam (bijvoorbeeld van 3 naar 0% in stappen van 0,5%).
    3. Gegevens verzamelen voor meerdere experimentele cycli (0%→3%→0%) om de mechanische stabiliteit en de reproduceerbaarheid van het systeem te testen.
    4. U de folie ook gedurende langere tijd (bijvoorbeeld uren of dagen) op een discrete hoeveelheid spanning houden en periodiek elektrochemische experimenten uitvoeren (bijvoorbeeld voltammetrie) of continu (bijvoorbeeld elektrolyse).
  3. HAAR experimenten
    1. Gebruik 0,5 M zwavelzuur als elektrolyt, Ag/AgCl (1 M NaCl) als referentieelektrode en een opgerolde platinadraad (0,5 mm diameter met ~ 10 cm lengte) als de tellerelektrode.
      LET OP: Zwavelzuur veroorzaakt ernstige brandwonden en oogletsel. Adem geen mist, dampen of spray in. Draag beschermende handschoenen, beschermende kleding, oogbescherming en gezichtsbescherming. Onmiddellijk wassen blootgestelde huid met overvloedige hoeveelheden water indien blootgesteld.
    2. Scan de mogelijkheden tussen de open-circuit spanning (OCV) tot -0,8 V vs RHE, te beginnen met de hoogste potentiële waarde met scansnelheid 5-50 mV/s (figuur 6A).
  4. OER-experimenten
    1. Gebruik 1 M natriumhydroxide als elektrolyt, Hg/HgO (1 M NaOH) als referentieelektrode en een opgerolde platinadraad (0,5 mm diameter met ~ 10 cm lengte) als de tellerelektrode.
      LET OP: 1 M natriumhydroxide kan brandwonden en oogschade veroorzaken Adem geen mist, dampen of spray in. Draag beschermende handschoenen, beschermende kleding, oogbescherming en gezichtsbescherming. Onmiddellijk wassen blootgestelde huid met overvloedige hoeveelheden water indien blootgesteld.
    2. Voor OER-experimenten scant u het potentieel tussen OCV tot 2 V vs RHE, te beginnen met de laagste potentiële waarde, met scansnelheid 5-50 mV/s (figuur 6B).
  5. Impedantie
    1. Uitvoeren van elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) metingen bij frequenties variërend van 1 Hz-100 kHz bij een potentieel waar geen Faradaïsche proces wordt waargenomen (OCV) (Figuur 6C).
  6. Analyseren van tijdprofiel, systeemstabiliteit en producten
    1. Om de stabiliteit van het systeem te testen en producten te meten (bijvoorbeeld H2 en O2),voert u elektrolyseexperimenten uit.
    2. Voor amperometrische i-t-metingen kiest u het meest geschikte potentieel op basis van CV- of LSV-resultaten (bijv. -0,25 V vs RHE voor HAAR).
    3. U ook voor chronopotentiometrie-experimenten de meest geschikte huidige dichtheid kiezen op basis van CV-resultaten.
    4. Als gaschromatograaf beschikbaar is, meet dan in-line waterstof (van HER) of zuurstof (uit OER) gas dat elektrochemisch wordt geproduceerd (figuur 4B).
      LET OP: Dit zijn voorbeelden van elektrochemische analyses. Elektrochemische karakterisering kan worden afgestemd op een specifieke studie.

3. Controles

  1. Capaciteitsmetingen
    1. Om te bepalen of verhogingen van her activiteiten zijn gewoon te wijten aan de toename van het elektroactieve oppervlak, voeren capaciteitsmetingen bij verschillende stamwaarden.
    2. Voer CV-experimenten uit met verschillende scansnelheden (bijvoorbeeld 1 en 500 mV/s) op een potentieel bereik waar Faradic-stromen verwaarloosbaar zijn, zodat stromen alleen de lading/ontlading van de elektrische dubbele laag vertegenwoordigen (bijvoorbeeld 0 tot 0,1 V vs RHE).
    3. Plot scansnelheden ten opzichte van stromingen(figuur 7A).
    4. Vergelijk toename van capaciteit met spanning met toename van elektrokatalytische activiteiten (bijvoorbeeld HER of OER) met stam (figuur 7A).
      OPMERKING: Als de toename van elektrokatalytische activiteiten hoger is dan een toename van de capaciteit, kan worden geconcludeerd dat eenvoudige toename van graanscheiding en elektroactieve oppervlakte niet de enige bijdrage levert aan de toename van elektrokatalytische activiteiten.
  2. Karakterisering van gebarsten films
    1. Opzettelijk kraken NiTi/TiO2 folie door het houden van de folie gespannen op 7% voor 30 min of langer voor 50 nm TiO2 films (Figuur 8). Dikkere TiO2-films (100 nm) kunnen worden gebarsten bij lagere stammen (3% stam).
    2. Analyseer het oppervlak voor kraken door het scannen van elektrochemische microscopie (SEM), of andere methoden voor oppervlakte-analyse, zoals hieronder beschreven.
    3. Voer elektrochemische metingen uit zoals hierboven beschreven met ongerepte en doelbewust gebarsten TiO2-films bij verschillende stapsgewijs verhoogde en vervolgens verlaagde stamwaarden van 0%→3%→0%(figuur 6D). NiTi/TiO2 folies met 50 nm dikke TiO2 films die nooit gespannen pass 3% worden beschouwd als ongerepte, elastische.
      OPMERKING: Bepaal de specifieke "elastische limiet": de maximale belasting die op een materiaal kan worden aangebracht vóór het begin van een onomkeerbare vervorming (bijvoorbeeld korrelherschikking of zelfs filmkraken). Elastisch bereik is afhankelijk van het type film, dikte en depositiemethode. Zo laten we zien dat 100 nm dikke TiO2-films barsten bij lagere stammen dan 50 nm dikke TiO2-films.
  3. Karakterisering van NiTi folies (d.w.z. niet-geoxideerde folies)
    1. Poolse NiTi folis zoals beschreven in stap 1.1, maar behandel ze niet thermisch.
    2. Voer alle elektrochemische experimenten uit, zoals hierboven beschreven, met NiTi-folies die niet thermisch werden behandeld als een controle.

4. Oppervlaktekarakterisering

  1. Monsterbereiding
    1. Knippen en voortreat NiTi/TiO2 zoals beschreven in stappen 1.1 en 1.2.
      OPMERKING: De grootte van de monsterfolie is afhankelijk van de grootte van de monsterhouder, die afhankelijk is van een specifieke instrumentatie die wordt gebruikt voor de karakterisering van het oppervlak.
    2. Was monsters met water om eventueel restzout te verwijderen als het wordt gebruikt in elektrochemische experimenten vóór de karakterisering.
    3. Monteer NiTi/TiO2 folie in de trekbrancard en span tot een gewenst niveau zoals beschreven in punt 1.3.
    4. Monteer de op maat gemaakte monsterhouders rond het gespannen monster en draai de schroeven voorzichtig aan(figuur 9).
  2. Oppervlaktekarakterisering
    1. Om de filmkwaliteit en veranderingen in filmtopologie met spanning te controleren, verzamelt u scanning electrochemical microscopie (SEM) beelden.
    2. Gebruik andere beschikbare methoden voor oppervlakteanalyse om veranderingen in de chemische samenstelling van het oppervlak, korrelbeschikingen en blootgestelde kristalroosters (bijvoorbeeld Raman-spectroscopie, XPS- of XRD-experimenten) te monitoren (figuur 10).
    3. Om te controleren of een monsterhouder tijdens de oppervlaktekarakteriseringsexperimenten constant druk hield, untighten het monster van de monsterhouder en zoek naar een krul in het monster tussen het gespannen gedeelte onder de klem en het ongebreidelde gedeelte dat voorheen in de trektester zat.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Voorbehandelde NiTi-folies worden geoxideerd bij 500 °C onder aërobe omstandigheden (figuur 1). Door het oxofiele karakter van titanium resulteert calcinatie bij verhoogde temperaturen in een oppervlaktelaag van rutile TiO2. De dikte van de laag en de mate van n-type doping worden beïnvloed door annealing tijd en temperatuur, die wordt weerspiegeld in kleurverandering van grijs (onbehandeld monster) naar uniform blauw / paars na 20 min verwarming (Figuur 2

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nitinol is een geschikt elastisch substraat voor het toepassen van mechanische belasting op dunne films. Het is commercieel beschikbaar, zeer geleidend en kan gemakkelijk worden gefunctionaliseerd. Voorbereiding van rutile TiO2 dunne films door thermische behandeling van nitinol, resulteert in zeer n-type gedopte TiO2. Het is belangrijk om te benadrukken dat NiTi/TiO2 een uniek systeem is waarbij TiO2-films worden bereid door thermische behandeling van NiTi in plaats van een de...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd uitgevoerd door alle co-auteurs, medewerkers van de Alliance for Sustainable Energy, LLC, de manager en exploitant van het National Renewable Energy Laboratory voor het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) onder contract nr. DE-AC36-08GO28308. Financiering verstrekt door de U.S. DOE, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences, Geosciences, and Biosciences, Solar Photochemistry Program.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
2-PropanolSigma Aldrich109634
Ag/AgCl (3M NaCl) Referentie-elektrodeBASiMF-2052
Alkaline Referentie-elektrodeBasiEF-1369
Ethyl alcohol, Puur, 200 proof, watervrij, =99,5%Sigma Aldrich459836
MT I I / F u l l am SEMTester SeriesMTI Instruments
Nitinol folie, 0,05 mm (0,002 inch) dik, superelastisch, plat gegloeid, gebeitst oppervlakAlfa Aesar45492
PK-4 Elektrode PolijstsetBASiMF-2060
Potentiostat 600DCHI instruments600D
Pt draadSigma Aldrich267228-1G
NatriumhydroxideSigma Aldrich221465
ZwavelzuurSigma Aldrich30743

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Li, J., Shan, Z., Ma, E. Elastic strain engineering for unprecedented materials properties. MRS Bulletin. 39, 108-114 (2014).
  2. Luo, M., Guo, S. Strain-controlled electrocatalysis on multimetallic nanomaterials. Nature Reviews Materials. 2, 17059(2017).
  3. Yang, S., Liu, F., Wu, C., Yang, S. Tuning Surface Properties of Low Dimensional Materials via Strain Engineering. Small. 2016, 4028-4047 (2016).
  4. Clark, E. L., Hahn, C., Jaramillo, T. F., Bell, A. T. Electrochemical CO2 Reduction over Compressively Strained CuAg Surface Alloys with Enhanced Multi-Carbon Oxygenate Selectivity. Journal of the American Chemical Society. 139, 15848-15857 (2017).
  5. Lu, Z., et al. Electrochemical tuning of layered lithium transition metal oxides for improvement of oxygen evolution reaction. Nature Communications. 5, 4345(2014).
  6. Sethuraman, V. A., et al. Role of Elastic Strain on Electrocatalysis of Oxygen Reduction Reaction on Pt. The Journal of Physical Chemistry C. 119, 19042-19052 (2015).
  7. Gu, J., et al. A graded catalytic-protective layer for an efficient and stable water-splitting photocathode. Nature Energy. 2, 16192(2017).
  8. Mariano, R. G., McKelvey, K., White, H. S., Kanan, M. W. Selective increase in CO electroreduction activity at grain-boundary surface terminations. Science. 358, 1187-1192 (2017).
  9. Liu, F., Wu, C., Yang, S. Strain and Ligand Effects on CO2 Reduction Reactions over Cu-Metal Heterostructure Catalysts. The Journal of Physical Chemistry C. 121, 22139-22146 (2017).
  10. Wang, X., et al. Strain Effect in Bimetallic Electrocatalysts in the Hydrogen Evolution Reaction. ACS Energy Letters. 3, 1198-1204 (2018).
  11. Deng, Q., Smetanin, M., Weissmüller, J. Mechanical modulation of reaction rates in electrocatalysis. Journal of Catalysis. 309, 351-361 (2014).
  12. Yang, Y., Kumar, S. Elastic Strain Effects on the Catalytic Response of Pt and Pd Thin Films Deposited on Pd-Zr Metallic Glass. Journal of Materials Research. 32, 2690-2699 (2017).
  13. Yan, K., et al. The Influence of Elastic Strain on Catalytic Activity in the Hydrogen Evolution Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 55, 6175-6181 (2016).
  14. Lee, J. H., Jang, W. S., Han, S. W., Baik, H. K. Efficient Hydrogen Evolution by Mechanically Strained MoS2 Nanosheets. Langmuir. 30, 9866-9873 (2014).
  15. Yang, Y., Adit Maark, T., Peterson, A., Kumar, S. Elastic strain effects on catalysis of a PdCuSi metallic glass thin film. Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 1746-1754 (2015).
  16. Svedruzic, D., Gregg, B. A. Mechano-Electrochemistry and Fuel-Forming Mechano-Electrocatalysis on Spring Electrodes. The Journal of Physical Chemistry C. 118, 19246-19251 (2014).
  17. Benson, E. E., et al. Dynamic Tuning of a Thin Film Electrocatalyst by Tensile Strain. Scientific Reports. 9, 15906(2019).
  18. Wang, A., et al. Tuning the oxygen evolution reaction on a nickel-iron alloy via active straining. Nanoscale. 11, 426-430 (2019).
  19. Du, M., Cui, L., Cao, Y., Bard, A. J. Mechanoelectrochemical Catalysis of the Effect of Elastic Strain on a Platinum Nanofilm for the ORR Exerted by a Shape Memory Alloy Substrate. Journal of the American Chemical Society. 137, 7397-7403 (2015).
  20. Wang, H., et al. Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials. Science. 354, 1031-1036 (2016).
  21. Benson, E. E., et al. Semiconductor-to-Metal Transition in Rutile TiO2 Induced by Tensile Strain. Chemistry of Materials. 29, 2173-2179 (2017).
  22. Muralidharan, N., et al. Tunable Mechanochemistry of Lithium Battery Electrodes. ACS Nano. 11, 6243-6251 (2017).
  23. Muralidharan, N., Carter, R., Oakes, L., Cohn, A. P., Pint, C. L. Strain Engineering to Modify the Electrochemistry of Energy Storage Electrodes. Scientific Reports. 6, 27542(2016).
  24. Buehler, W. J., Gilfrich, J. V., Wiley, R. C. Effect of Low-Temperature Phase Changes on the Mechanical Properties of Alloys near Composition TiNi. Journal of Applied Physics. 34, 1475-1477 (1963).
  25. Wang, F. E., Buehler, W. J., Pickart, S. J. Crystal Structure and a Unique "Martensitic" Transition of TiNi. Journal of Applied Physics. 36, 3232-3239 (1965).
  26. Mavrikakis, M., Hammer, B., Nørskov, J. K. Effect of Strain on the Reactivity of Metal Surfaces. Physical Review Letters. 81, 2819-2822 (1998).
  27. Hwang, J., et al. Tuning perovskite oxides by strain: Electronic structure, properties, and functions in (electro)catalysis and ferroelectricity. Materials Today. 31, 100-118 (2019).
  28. Kushima, A., Yip, S., Yildiz, B. Competing strain effects in reactivity of LaCoO3 with oxygen. Physical Review B. 82, 115435(2010).
  29. Li, Z., Potapenko, D. V., Osgood, R. M. Controlling Surface Reactions with Nanopatterned Surface Elastic Strain. ACS Nano. 9, 82-87 (2015).
  30. Petrie, J. R., Jeen, H., Barron, S. C., Meyer, T. L., Lee, H. N. Enhancing Perovskite Electrocatalysis through Strain Tuning of the Oxygen Deficiency. Journal of the American Chemical Society. 138, 7252-7255 (2016).
  31. Ling, T., et al. Activating cobalt(II) oxide nanorods for efficient electrocatalysis by strain engineering. Nature Communications. 8, 1509(2017).
  32. Tavares, C. J., et al. Strain analysis of photocatalytic TiO2 thin films on polymer substrates. Thin Solid Films. 516, 1434-1438 (2008).
  33. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , John Wiley & Sons. (2001).
  34. Frank, O., et al. Raman spectra of titanium dioxide (anatase, rutile) with identified oxygen isotopes (16, 17, 18). Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 14567-14572 (2012).
  35. Metikoš-Huković, M., Katić, J., Milošev, I. Kinetics of passivity of NiTi in an acidic solution and the spectroscopic characterization of passive films. Journal of Solid State Electrochemistry. 16, 2503-2513 (2012).
  36. Reske, R., et al. Controlling Catalytic Selectivities during CO2 Electroreduction on Thin Cu Metal Overlayers. The Journal of Physical Chemistry Letters. 4, 2410-2413 (2013).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Elektrochemische metingenwaterstofevolutiezuurstofevolutieoppervlaktekarakteriseringtoepassing van trekspanningcyclische fotometriescanning elektronenmicroscopie

Gerelateerde artikelen