Decenas de miles de catalizadores viables en el diámetro de un cabello

Los nuevos métodos nos permiten producir innumerables materiales nuevos en un solo paso y analizarlos rápidamente.

17.01.2023 - Alemania

En la búsqueda de catalizadores para la transición energética, los materiales compuestos por al menos cinco elementos se consideran muy prometedores. Pero en teoría existen millones de ellos. ¿Cómo identificar el más potente? Un equipo de investigación de Bochum dirigido por el profesor Alfred Ludwig, jefe del Departamento de Descubrimiento de Materiales e Interfaces (MDI), ha logrado colocar en un solo paso todas las combinaciones posibles de cinco elementos en un soporte. Además, los investigadores desarrollaron un método para analizar el potencial electrocatalítico de cada una de las combinaciones de esta biblioteca de micromateriales en alto rendimiento. Así esperan acelerar considerablemente la búsqueda de posibles catalizadores. El equipo de la Universidad del Ruhr de Bochum publicó sus hallazgos en la revista Advanced Materials del 21 de diciembre de 2022.

Un sistema completo de materiales de cinco elementos en un único soporte

Para la producción de bibliotecas de materiales de las llamadas aleaciones de alta entropía, los investigadores de Bochum emplean un proceso de pulverización catódica. En este proceso, todos los materiales de partida se aplican simultáneamente a un soporte desde diferentes direcciones. Los materiales de partida se depositan en diferentes proporciones de mezcla en cada parte del soporte. "En el proyecto actual, hemos perfeccionado este proceso utilizando agujeros de alfiler de tal manera que cada mezcla de materiales sólo se deposita en un punto diminuto de unos 100 micrómetros de diámetro en el soporte", describe Alfred Ludwig. Esto equivale aproximadamente al diámetro de un cabello humano. "Gracias a la miniaturización de las bibliotecas de materiales, ahora somos capaces de alojar un sistema completo de cinco componentes en un único soporte, lo que constituye un progreso inmenso", añade el Dr. Lars Banko, del Departamento MDI, que recientemente ha asumido la dirección del proyecto de puesta en marcha xemX, financiado por EXIST.

Investigación con gotas colgantes

Para estudiar los materiales creados con esta técnica, los investigadores utilizan lo que se conoce como microscopía electroquímica celular de barrido (SECCM). Se trata de medir las propiedades electroquímicas del material en un punto concreto a través de una nanogota colgante de un electrolito que mide una milésima parte del diámetro de un cabello. "Esto significa que podemos utilizar métodos de alto rendimiento para identificar los candidatos con mayor actividad catalítica, en los que parece merecer la pena un análisis más detallado", afirma el profesor Wolfgang Schuhmann, jefe del Departamento de Química Analítica de la Universidad del Ruhr de Bochum.

Con estos métodos, los investigadores esperan buscar de forma eficaz entre la plétora de posibles materiales para nuevos catalizadores con el fin de identificar candidatos que sean especialmente activos como catalizadores. Los catalizadores son necesarios, por ejemplo, para los procesos de conversión de energía que podrían permitirnos utilizar hidrógeno verde a gran escala como vector energético respetuoso con el medio ambiente.

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Publicación original

Lars Banko, Emmanuel Batsa Tetteh, Aleksander Kostka, Tobias Horst Piotrowiak, Olga Anna Krysiak, Ulrich Hagemann, Corina Andronescu, Wolfgang Schuhmann, Alfred Ludwig: Microscale combinatorial libraries for the discovery of high-entropy materials; Advanced Materials, 2023

https://www.quimica.es/noticias/1179179/decenas-de-miles-de-catalizadores-viables-en-el-diametro-de-un-cabello.html