Las nuevas tecnologías carecen de catalizadores eficientes y económicos. Los mejores materiales están formados por nanopartículas, cuyas propiedades son el resultado de su pequeño tamaño. Sin embargo, las partículas de catalizador individuales tienen una fea tendencia a agruparse en partículas más grandes, reduciendo asísu eficacia Un grupo de científicos de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste y el centro DEMOCRITOS del Istituto Officina dei Materiali del Consejo Nacional de Investigación de Italia IOM-CNR, con la colaboración de otras instituciones, han desarrollado un material quemantiene la estabilidad de un catalizador "disperso", maximizando así la eficiencia del proceso y disminuyendo los costos y el desperdicio.
El platino es uno de los metales costosos que se utilizan como catalizadores en las nuevas tecnologías empleadas para procesos químicos industriales, fuentes de energía renovables, control de la contaminación y muchos otros fines. En particular, se utiliza para pilas de combustible, dispositivos que convierten la energía química directamente en electricidadenergía, sin combustión. La investigación ha demostrado que la mayor eficiencia se logra cuando el catalizador está disponible en forma de nanopartículas menores de 10-9 m. En pocas palabras, cuanto mayor es la dispersión del material y menor es el tamaño delpartículas, cuanto más esté disponible para la catálisis. Desafortunadamente, las leyes de la termodinámica hacen que las partículas se "peguen" entre sí y formen racimos más grandes, razón por la cual el material se vuelve menos efectivo con el tiempo. Entonces, ¿qué se puede hacer para mantener el máximo?dispersión del "nanopowder"?
Un grupo de científicos de SISSA / CNR IOM con la colaboración de la Univerzita Karlova en Praga ha estudiado una forma de producir pequeños granos de platino que consisten en un solo átomo y mantenerlos dispersos de manera estable, explotando las propiedades deel sustrato sobre el que descansan
"El trabajo teórico demostró que las irregularidades en la superficie conocidas como pasos y observadas en experimentos realizados en el Sincrotrón Trieste tienden a atraer y separar las nanopartículas, lo que hace que permanezcan unidas literalmente en forma de átomos individuales", explica Stefano Fabris, CNR-IOM / investigador SISSA.
"Las partículas que se adhieren a los pasos ya no eran visibles incluso con un microscopio de resolución atómica", explica Nguyen-Dung Tran, un estudiante de doctorado de SISSA. "Sin embargo, su presencia fue detectada por espectroscopía, por lo que estaban allí, pero estabanya no es visible ni libre para moverse "." Nuestras simulaciones por computadora resolvieron este dilema, mostrando que las partículas en los escalones se reducen a átomos individuales ", agrega Matteo Farnesi Camellone CNR-IOM, otro autor del estudio.
"Si la superficie está diseñada para contener una gran cantidad de estos defectos, entonces la fuerza que une las partículas al sustrato compensa efectivamente la fuerza de agregación", explica Fabris. El trabajo teórico, dirigido por Fabris, permitió a los investigadores desarrollarun "modelo de sistema" en la computadora capaz de predecir el comportamiento del material. Las predicciones del modelo fueron confirmadas por mediciones experimentales. Materiales como este pueden usarse para electrodos de pila de combustible, con costos mucho más bajos que los actuales.
"Reducir la cantidad de platino utilizado en los electrodos de pila de combustible es una prioridad, no solo para contener los costos sino también para garantizar la sostenibilidad ambiental, como también lo indican las recientes directivas europeas", concluye Fabris. El proyecto europeo ChipCAT, que financió esta investigación, apunta precisamente para lograr este objetivo.
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Materiales proporcionado por Sissa Medialab . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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