DIFFER-onderzoeker doorgrondt groei van nanostructuren aan metaaloppervlak

Dergelijk nanostructuren op bestelling bieden volgens DIFFER uitzicht op geavanceerde elektrodes die duurzame brandstof produceren op zonne-energie. Tanyeli en haar mede-onderzoekers van DIFFER, ITER en de Universiteit van Basel publiceerden hun resultaten op 28 april in Nature Scientific Reports.

Tijdens hun onderzoek stelden Tanyeli en haar collega's verschillende metaaloppervlakken bloot aan een hete, intense bundel geladen heliumgas (plasma) in DIFFER's plasma-experiment Magnum-PSI. Helium dringt makkelijk door in het metaalrooster. Daar vormt het bellen die het omringende metaal naar buiten duwen. Zo ontstaan per metaal verschillende structuren van tientallen tot honderden nanometers groot. Door de verschillen in kaart te brengen, kon Tanyeli analyseren welke onderliggende processen de nanostructuren vormen, zoals de temperatuur en de ordening van het metaalrooster. Dat een heliumplasma een metaal kan laten uitbarsten in nanostructuren kwam eerder aan het licht toen onderzoekers wandmaterialen testten voor fusie-energiecentrales. Zij ontdekten toen vreemde vormen op het metalen wandoppervlak. In een fusiereactor zijn deze nanostructuren ongewenst omdat ze de afvoer van warmte verminderen, maar in andere toepassingen zijn de nanostructuren juist zeer bruikbaar, denkt mede-onderzoeker en DIFFER-directeur Richard van de Sanden.

'Irem Tanyeli's onderzoek is belangrijk vanwege het fundamentele inzicht', aldus Van de Sanden. 'Hoe groeien zulke nanostructuren op een oppervlak, welke processen spelen erbij een rol, wat zijn de bottlenecks, hoe kun je het proces sturen? Als je dat begrijpt, kun je op grote schaal geavanceerde materialen produceren met eigenschappen op bestelling.' Dat heeft allerlei toepassingen in duurzame energietechnologie.

Tanyeli's nanostructuren zijn bijvoorbeeld interessant voor katalysetoepassingen, zoals het gebruiken van zonne-energie om waterstof te maken uit water. Ruim voorradige en goedkope materialen kunnen normaal gesproken niet opboksen tegen de efficiëntie van dure maar zeldzame recordhouders als platina. Maar de juiste nanostructuren kunnen de goedkopere materialen toch concurrerend maken. Dat biedt mogelijkheden voor grootschalige opslag en omzetting van duurzame energie in de vorm van chemische bindingen: solar fuels.