Aplicando tensão dinâmica em filmes de óxido fino imobilizado em uma liga pseudoelástica de níquel-titânio

Resumo

A cepa dinâmica e de_tração é aplicada em tio 2 filmes finos para estudar os efeitos da tensão na eletrocatálise, especificamente redução de prótons e oxidação da água. Os filmes TiO₂ são preparados pelo tratamento térmico da conectividade niti pseudo-elástica (Nitinol).

Resumo

A alteração direta da estrutura/função do material através da cepa é uma área crescente de pesquisa que permitiu que novas propriedades dos materiais emergissem. A estrutura do material de ajuste pode ser alcançada controlando uma força externa imposta aos materiais e induzindo respostas de tensão de estresse (ou seja, aplicação de tensão dinâmica). Filmes finos eletroativos são normalmente depositados em substratos elásticos de forma ou volume, onde o carregamento mecânico (ou seja, compressão ou tensão) pode afetar a estrutura e a função do filme através da tensão imposta. Aqui, resumimos métodos para esticar filmes de dióxido de titânio dotado (TiO₂₎preparados por um tratamento térmico de uma liga pseudo-elástica de níquel-titânio (Nitinol). O principal objetivo dos métodos descritos é estudar como a tensão afeta as atividades eletrocatalínicas do óxido metálico, especificamente a evolução do hidrogênio e as reações da evolução do oxigênio. O mesmo sistema pode ser adaptado para estudar o efeito da tensão de forma mais ampla. A engenharia de tensão pode ser aplicada para otimização de uma função material, bem como para o design de materiais eletrocatalíticos ajustáveis e multifuncionais (foto)eletrocatalíticos sob controle externo de estresse.

Introdução

A capacidade de alterar a reatividade superficial de materiais catalíticos por meio da introdução da cepa foi amplamente reconhecida^1,,2,3. Os efeitos da tensão em materiais cristalinos podem ser introduzidos pelo ajuste da arquitetura do material(cepa estática)ou pela aplicação de uma força externa variável(tensão dinâmica). Em materiais cristalinos, a tensão estática pode ser introduzida por doping⁴, de-alloying^5,6, annealing⁷, crescimento epitaxial e....

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Protocolo

1. Preparação de eletrodos NiTi/TiO₂

1. Polimento químico e mecânico de substratos NiTi
   1. Corte a folha niti superelástica (0,05 mm de espessura) em tiras de 1 cm x 5 cm.
   2. Amostra polonesa usando lixa de 320, 600 e 1200 grãos e, em seguida, enxágue com água ultrauso (18,2 MΩ).
   3. Amostra polonesa com diamante de 1 μm, diamante de 0,25 μm e polimento de alumina de 0,05 μm.
   4. Após o polimento, sonicato por 5 min em banhos sequenciais de água ultrauso (18,2 MΩ), isopropanol, etanol, água ultrauso (18,2 MΩ) e, em seguida, seco sob nitrogênio (solventes orgânicos usados eram grau de reagente).
      ATENÇÃO: Os solventes orgâ....

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Resultados

As folhas niti pré-tratadas são oxidadas a 500 °C em condições aeróbicas(Figura 1). Devido à natureza oxofílica do titânio, a calcinação a temperaturas elevadas resulta em uma camada superficial de rutile TiO₂. A espessura da camada e o grau de doping do tipo N são afetados pelo tempo de renascimento e temperatura, o que se reflete na mudança de cor do cinza (amostra não tratada) para azul/roxo uniforme após 20 min de aquecimento(Figura 2

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Discussão

Nitinol é um substrato elástico adequado para aplicar estresse mecânico em filmes finos. É comercialmente disponível, altamente condutor e pode ser facilmente funcionalizado. A preparação de filmes finos Rutile TiO₂ por tratamento térmico de nitinol, resulta em tiO₂dopado altamente n . É importante enfatizar que o NiTi/TiO₂ é um sistema único onde as pelídas TiO₂ são preparadas pelo tratamento térmico do NiTi em vez de um método de deposição. Nossas publicaçõ.......

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Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-Propanol	Sigma Aldrich	109634
Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode	BASi	MF-2052
Alkaline Reference Electrode	Basi	EF-1369
Ethyl alcohol, Pure, 200 proof, anhydrous, =99.5%	Sigma Aldrich	459836
MT I I / F u l l am SEMTester Series	MTI Instruments
Nitinol foil, 0.05mm (0.002in) thick, superelastic, flat annealed, pickled surface	Alfa Aesar	45492
PK-4 Electrode Polishing Kit	BASi	MF-2060
Potentiostat 600D	CHI instruments	600D
Pt wire	Sigma Aldrich	267228-1G
Sodium hydroxide	Sigma Aldrich	221465
Sulfuric acid	Sigma Aldrich	30743