Nobles aerogeles metálicos habilitados por congelación
Materiales estructurados a escala múltiple para electrocatálisis y fotoelectrocatálisis
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Los químicos de TU Dresden desarrollaron un método de congelación-descongelación, capaz de sintetizar varios aerogeles de metales nobles (NMA) con superficies limpias y estructura multiescalar. En virtud de sus estructuras jerárquicas y sus propiedades ópticas únicas, se encuentra un rendimiento excepcional para la electro-oxidación del etanol. La investigación proporciona nuevas ideas para diseñar varios materiales de gel o espuma para la electrocatálisis y la fotoelectrocatálisis de alto rendimiento.
Presentación esquemática del método de congelación-descongelación.
TU Dresden
Como nueva clase de materiales porosos, los aerogeles de metales nobles (NMA) han llamado tremendamente la atención por sus características combinadas, que incluyen arquitecturas autoportantes, altas superficies y numerosos sitios óptica y catalíticamente activos, lo que permite su impresionante rendimiento en diversos campos. Sin embargo, los métodos de fabricación actuales adolecen de largos períodos de fabricación, impurezas inevitables y estructuras multiescala no controladas, lo que desalienta sus estudios fundamentales y orientados a la aplicación.
El Dr. Ran Du de China ha sido un investigador de Alexander von Humboldt en la Universidad de Dresde desde 2017. En colaboración con los químicos de Dresde, el Dr. Jan-Ole Joswig y el Profesor Alexander Eychmüller, han elaborado recientemente un novedoso método de congelación y descongelación capaz de adquirir varios aerogeles de metales nobles estructurados a escala múltiple como fotoelectrocatalizadores superiores para la electro-oxidación del etanol, promoviendo la aplicación para las pilas de combustible. Su trabajo ha sido publicado como artículo de portada en la prestigiosa revista Angewandte Chemie International Edition.
Ran Du y su equipo han encontrado propiedades autocurativas inusuales de los geles de metales nobles en sus trabajos anteriores. Inspirados por este hecho, se desarrolló un método de congelación-descongelación como un enfoque libre de aditivos para desestabilizar directamente varias soluciones de nanopartículas de metal diluidas (concentración de 0,2-0,5 mM). Al congelarse, se generaron grandes agregados debido a los intensos efectos de salinización en los que se incurrió por el drástico aumento de la concentración local de solutos; mientras tanto, se les dio forma a escala micrométrica por medio de cristales de hielo formados in situ. Después de la descongelación, los agregados se asentaron y se ensamblaron en hidrogeles monolíticos como resultado de sus propiedades de autocuración. Se obtuvieron hidrogeles limpios purificados y secos y los aerogeles correspondientes.
Debido a las estructuras jerárquicamente porosas, la limpieza y las propiedades catalíticas/ópticas combinadas, los aerogeles de oro y paladio (Au-Pd) resultantes mostraron un impresionante rendimiento fotoelectrocatalítico impulsado por la luz, proporcionando una densidad de corriente de hasta 6,5 veces mayor que la del paladio sobre carbono (Pd/C) comercial para la reacción de oxidación del etanol.
"El trabajo actual proporciona una nueva idea para crear materiales de gel limpios y estructurados jerárquicamente directamente a partir de soluciones de precursores diluidos, y debería adaptarse a diversos sistemas de materiales para mejorar el rendimiento de la aplicación para la catálisis y más allá", asume el químico Ran Du.
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