Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Real-Time Growth Study of Binary and Ternary Nickel-Antimony-Arsenic Nanocrystals using ETEM

Lycknets, Edvin LU (2025) KASM10 20251
Centre for Analysis and Synthesis
Abstract
Transition metal-pnictides are a select field of crystalline materials which allows property modification of common d-block metals through alloying with pnictides. Among them, Nickel-based pnictides have been gaining attention due to their earth abundance and low cost. Ni-As and Ni-Sb have both demonstrated the use as catalyst materials for the hydrogen- and oxygen evolution reactions where controlled synthesis of ternary Ni-Sb-As phases could realise new design possibilities of novel catalyst materials. However, only a very small number of nanoscale phases have been reported with limited insights on the growth processes. In this thesis, we utilized environmental transmission electron microscopy to examine nucleation behaviour, growth... (More)
Transition metal-pnictides are a select field of crystalline materials which allows property modification of common d-block metals through alloying with pnictides. Among them, Nickel-based pnictides have been gaining attention due to their earth abundance and low cost. Ni-As and Ni-Sb have both demonstrated the use as catalyst materials for the hydrogen- and oxygen evolution reactions where controlled synthesis of ternary Ni-Sb-As phases could realise new design possibilities of novel catalyst materials. However, only a very small number of nanoscale phases have been reported with limited insights on the growth processes. In this thesis, we utilized environmental transmission electron microscopy to examine nucleation behaviour, growth propagation and phase transformations in situ of binary Ni-As and Ni-Sb as well as ternary Ni-Sb-As nanocrystals. In the first part of this thesis, we investigated growth dynamics of the binary systems, Ni-As and Ni-Sb, where the synthesis parameters were also optimised with regards to achieving homogeneous nanoparticles with high phase selectivity. In the second part of this thesis, we considered three growth strategies to synthesise ternary phase nanoparticles based on the optimised parameters from the first part. The three growth strategies were also evaluated based on uniformity of the nanoparticles and phase selectivity. The experiments resulted in successful synthesis of novel binary and ternary nanomaterials which had not been found in the reviewed literature. Further fine tuning of the synthesis parameters could realise greater control over the final crystal structure and chemical composition. These results provide valuable insights for a novel synthesis method of 0D nanomaterials which can be applied for future manufacturing of advanced catalyst materials. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Unika syntesmetoder för katalysatormaterial till förnyelsebar vätgasproduktion.
Hur ser kemiska reaktioner ut och hur går dem till? I detta examensarbete demonstreras hur syntesparameterar påverkar kemiska reaktioner av oorganiska nanomaterial och hur dessa kan styras för att uppnå framtidens material med önskvärda egenskaper.
Kristallina nanopartiklar av nickel, arsenik och antimon studerades under kontrollerade miljöer med hjälp av ett miljötransmissionselektronmikroskop för att påtvinga kristalltillväxt och fastransformation där förändringar i kristallstruktur, kemisk sammansättning och morfologi kunde observeras direkt. På så sätt kunde unika nanolegeringar upptäckas i övergångstillstånd för de två binära systemen, nickel-arsenik... (More)
Unika syntesmetoder för katalysatormaterial till förnyelsebar vätgasproduktion.
Hur ser kemiska reaktioner ut och hur går dem till? I detta examensarbete demonstreras hur syntesparameterar påverkar kemiska reaktioner av oorganiska nanomaterial och hur dessa kan styras för att uppnå framtidens material med önskvärda egenskaper.
Kristallina nanopartiklar av nickel, arsenik och antimon studerades under kontrollerade miljöer med hjälp av ett miljötransmissionselektronmikroskop för att påtvinga kristalltillväxt och fastransformation där förändringar i kristallstruktur, kemisk sammansättning och morfologi kunde observeras direkt. På så sätt kunde unika nanolegeringar upptäckas i övergångstillstånd för de två binära systemen, nickel-arsenik och nickel-antimonid. Genom originella syntesstrategier kunde också tertiära nickel-antimon-arsenik nanolegeringar framställas vilket möjliggör en stor designfrihet vid tillverkning av framtida material med optimerade egenskaper till specifika applikationer.
Trots förekomsten av många faser i de två binära fasdiagrammen omnämns nästan bara hexagonal NiAs och NiSb som nanomaterial i litteraturen. Detta antas bero på en dålig förståelse kring hur nanomaterialen bildas vid syntesen. Denna studie lyckades påvisa dessa dynamiska förlopp och gav inblick i hur andra faser kan framställas på nanoskalan.
Både hexagonal NiAs och NiSb har visat lovande egenskaper som katalysator för vätgasproduktion genom elektrolys av vatten, en viktig reaktion i framtiden för att minska utsläppen av växthusgaser. Det är möjligt att de unika nanolegeringarna som kunde framställas i denna studie också besitter liknande intressanta egenskaper och välkomnar därför möjligheten till nya katalysatormaterial. En fördel med dessa nanolegeringar är att de består av metaller och halvmetaller som är vanligare i jordskorpan än dagens effektivaste katalysatormaterial för vattenelektrolys, nämligen ädelmetallerna platina och iridium. Användandet av nickel, arsenik och antimon kan därför underlätta implementeringen av denna teknik i större skala vilket är nödvändigt för att minska utsläppen av växthusgaser. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Lycknets, Edvin LU
supervisor
organization
course
KASM10 20251
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Materials chemistry, ETEM, in situ, CVD, nanoparticles, nanocrystals, nanoalloys, Nickel-pnictides, Nickel-Arsenic, Ni-As, Nickel-Antimony, Ni-Sb, Nickel-Antimony-Arsenic, Ni-Sb-As
language
English
id
9211138
date added to LUP
2025-09-01 14:28:46
date last changed
2025-09-01 14:28:46
@misc{9211138,
  abstract     = {{Transition metal-pnictides are a select field of crystalline materials which allows property modification of common d-block metals through alloying with pnictides. Among them, Nickel-based pnictides have been gaining attention due to their earth abundance and low cost. Ni-As and Ni-Sb have both demonstrated the use as catalyst materials for the hydrogen- and oxygen evolution reactions where controlled synthesis of ternary Ni-Sb-As phases could realise new design possibilities of novel catalyst materials. However, only a very small number of nanoscale phases have been reported with limited insights on the growth processes. In this thesis, we utilized environmental transmission electron microscopy to examine nucleation behaviour, growth propagation and phase transformations in situ of binary Ni-As and Ni-Sb as well as ternary Ni-Sb-As nanocrystals. In the first part of this thesis, we investigated growth dynamics of the binary systems, Ni-As and Ni-Sb, where the synthesis parameters were also optimised with regards to achieving homogeneous nanoparticles with high phase selectivity. In the second part of this thesis, we considered three growth strategies to synthesise ternary phase nanoparticles based on the optimised parameters from the first part. The three growth strategies were also evaluated based on uniformity of the nanoparticles and phase selectivity. The experiments resulted in successful synthesis of novel binary and ternary nanomaterials which had not been found in the reviewed literature. Further fine tuning of the synthesis parameters could realise greater control over the final crystal structure and chemical composition. These results provide valuable insights for a novel synthesis method of 0D nanomaterials which can be applied for future manufacturing of advanced catalyst materials.}},
  author       = {{Lycknets, Edvin}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Real-Time Growth Study of Binary and Ternary Nickel-Antimony-Arsenic Nanocrystals using ETEM}},
  year         = {{2025}},
}