Los cubos superan a las esferas como partículas catalizadoras
La forma de las nanopartículas es un factor decisivo en su eficacia como catalizadores para la producción de hidrógeno verde
Hasta la fecha, las nanopartículas como catalizadores del hidrógeno verde han sido como remeros en un ocho: los investigadores sólo podían medir su rendimiento medio, pero no determinar cuál era el mejor. Esto ha cambiado ahora tras el desarrollo de un nuevo método por el grupo dirigido por la profesora Kristina Tschulik, titular de la Cátedra de Electroquímica y Materiales a Nanoescala de la Universidad Ruhr de Bochum (Alemania). En colaboración con investigadores de la Universidad de Duisburg-Essen, demostró con éxito que las nanopartículas de óxido de cobalto con forma cúbica son más eficaces que las esféricas. Esto allana el camino para el diseño sistemático de catalizadores rentables y eficientes para el hidrógeno verde. Los investigadores informan en la revista Advanced Functional Materials del 3. de enero de 2023.
Kristina Tschulik (izquierda) y Hatem Amin investigan las nanopartículas como catalizadores del hidrógeno verde.
© RUB, Marquard
Cómo hacer competitiva la electrólisis
El mundo debe reducir las emisiones deCO2 para combatir el cambio climático. Para ello, hoy en día se utiliza mucho el llamado hidrógeno gris, que se obtiene del petróleo y el gas natural, mientras se intenta sustituirlo por hidrógeno verde, que procede de fuentes renovables. El hidrógeno verde puede producirse mediante electrólisis, un proceso en el que se utiliza electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, aún hay que superar varios retos para que la electrólisis sea un método competitivo. En la actualidad, el proceso de división del agua sólo es eficiente hasta cierto punto, y no existen suficientes catalizadores potentes, duraderos y rentables para ello. "Actualmente, los electrocatalizadores más activos se basan en los raros y caros metales preciosos iridio, rutenio y platino", explica Kristina Tschulik. "Como investigadores, nuestro trabajo consiste, por tanto, en desarrollar nuevos electrocatalizadores muy activos que no contengan metales preciosos".
Su grupo de investigación estudia catalizadores en forma de nanopartículas de óxido de metales básicos que son un millón de veces más pequeñas que un cabello humano. Fabricadas a escala industrial, varían en forma, tamaño y composición química. "Utilizamos mediciones para examinar las llamadas tintas catalizadoras, en las que miles de millones de partículas se mezclan con aglutinantes y aditivos", esboza Kristina Tschulik. Este método sólo permite a los investigadores medir un rendimiento medio, pero no la actividad de partículas individuales, que es lo que realmente importa. "Si supiéramos qué forma de partícula o faceta de cristal -las superficies que apuntan hacia fuera- es más activa, podríamos producir específicamente partículas con esa forma exacta", afirma el Dr. Hatem Amin, investigador postdoctoral en química analítica de la Universidad Ruhr de Bochum.
Ganador de la carrera de nanopartículas
El grupo de investigación ha desarrollado un método para analizar partículas individuales directamente en solución. Esto les permite comparar la actividad de distintos nanomateriales entre sí para comprender la influencia de las propiedades de las partículas, como su forma y composición, en la división del agua. "Nuestros resultados indican que las partículas de óxido de cobalto en forma de cubos individuales son más activas que las esferas, ya que estas últimas siempre tienen otras facetas menos activas".
La teoría confirma el experimento
Los resultados experimentales del grupo de Bochum fueron confirmados por sus socios colaboradores, encabezados por la profesora Rossitza Pentcheva, de la Universidad de Duisburg-Essen, en el marco del Centro de Investigación Colaborativa/Transregio 247. Los análisis teóricos de estos últimos indican que las partículas de óxido de cobalto en forma de cubos individuales son más activas que las esferas. Los análisis teóricos de estos últimos indican un cambio en las regiones activas del catalizador, a saber, de átomos de cobalto rodeados por átomos de oxígeno que forman un octaedro a átomos de cobalto rodeados por un tetraedro. "Nuestros conocimientos sobre la correlación entre la forma de las partículas y su actividad sientan las bases para el diseño basado en el conocimiento de materiales catalizadores viables y, en consecuencia, para la transformación de nuestras industrias energéticas y químicas fósiles hacia una economía circular basada en fuentes de energía renovables y catalizadores muy activos y duraderos", concluye Kristina Tschulik.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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