Sistema de catalizador sin metales preciosos tan activo como el platino
Esto podría hacer que los catalizadores potentes fueran mucho más baratos
Hasta la fecha, la industria ha utilizado aleaciones de platino como catalizadores para la reducción de oxígeno, lo que es crucial en pilas de combustible o baterías de metal-aire, por ejemplo. El metal caro y poco común establece límites estrechos a la producción. Investigadores de la Universidad del Ruhr de Bochum (RUB) y del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro han descubierto una aleación compuesta por cinco elementos que está libre de metales preciosos y es tan activa como el platino.
© RUB, Kramer
Nuevos vecinos forman centros activos
Las propiedades catalíticas de los elementos de metales no preciosos y sus aleaciones son generalmente pobres. Sin embargo, para sorpresa de los investigadores, una aleación compuesta por cinco componentes con representación casi uniforme muestra propiedades significativamente mejoradas. La razón de esto es el llamado efecto de alta entropía. El resultado es que las aleaciones de varios componentes conservan una estructura cristalina simple.
"La interacción de los distintos elementos vecinos conduce a la formación de nuevos centros activos que tienen propiedades completamente nuevas y que, por lo tanto, ya no están vinculados a las propiedades limitantes de los elementos individuales", explica Tobias Löffler, estudiante de doctorado de la Cátedra RUB de Química Analítica del Centro de Electroquímica del Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann. "Nuestro trabajo muestra que estas aleaciones también son muy interesantes para la catálisis."
Creación de librerías de nanopartículas de aleación
En su búsqueda de una alternativa al platino, los investigadores de la Cátedra de Materiales de Microtecnología del Prof. Dr. Alfred Ludwig en la RUB utilizaron un método especial para producir bibliotecas de nanopartículas de aleación a partir de cinco elementos de partida. Sus átomos se mezclan en el plasma y forman nanopartículas en un sustrato líquido iónico. El líquido se encuentra en pequeñas depresiones en un portador.
Si las nanopartículas están cerca de la fuente atómica respectiva, la proporción de átomos de esta fuente en la partícula es mayor. En el centro de la portadora, las proporciones de los cinco elementos son aproximadamente iguales. "Gracias a este proceso combinatorio, tenemos un control preciso sobre la composición de las nanopartículas de aleación en cada punto de la biblioteca de materiales", dice Alfred Ludwig.
Composición optimizada
Las nanopartículas resultantes fueron investigadas por el equipo de investigación del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro dirigido por la Prof. Dra. Christina Scheu utilizando microscopía electrónica de transmisión. Los químicos del RUB determinaron su actividad catalítica y la compararon con la de las nanopartículas de platino.
Encontraron un sistema compuesto por cinco elementos en el que el efecto de alta entropía produce una actividad catalítica para la reducción de oxígeno comparable a la del platino. Al optimizar la composición, pudieron aumentar aún más la actividad.
Efectos de gran alcance sobre la electrocatálisis
"Este hallazgo podría tener efectos de gran alcance en la electrocatálisis en general", estima Wolfgang Schuhmann. Los investigadores esperan poder adaptar las propiedades a las reacciones deseadas gracias a las posibilidades de combinación casi inagotables de los elementos y a la modificación de su composición. "El uso no tiene que limitarse a la reducción de oxígeno", dice Ludwig. El equipo de investigación ya ha presentado una solicitud de patente.
Sin embargo, la compleja interacción de los elementos aún no se comprende plenamente, por lo que los investigadores aún no son capaces de desarrollar catalizadores específicos. "Esta investigación sienta las bases de nuevas investigaciones para una mejor comprensión y presenta aleaciones de altaentropía de varios elementos como una nueva clase de catalizador", enfatizan los investigadores.
Nota: Este artículo se ha traducido con un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para poder presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Puesto que este artículo se ha traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
