Una compresión nanométrica puede aumentar significativamente el rendimiento de los catalizadores de platino que ayudan a generar energía en las pilas de combustible, según un nuevo estudio realizado por científicos de Stanford.
El equipo unió un catalizador de platino a un material delgado que se expande y contrae a medida que los electrones entran y salen, y descubrió que apretar el platino una fracción de nanómetro casi duplicaba su actividad catalítica. Los hallazgos aparecen en la edición del 25 de noviembre.de la revista ciencia .
"En este estudio, presentamos una nueva forma de ajustar los catalizadores metálicos a escala atómica", dijo el autor principal Haotian Wang, ex estudiante de posgrado en Stanford ahora en la Universidad de Harvard. "Descubrimos que los materiales de batería ordinarios pueden serutilizado para controlar la actividad del platino y posiblemente para muchos otros catalizadores metálicos ".
La nueva técnica se puede aplicar a una amplia gama de tecnologías limpias, dijo Wang, incluidas las pilas de combustible que usan catalizadores de platino para generar energía y electrolizadores de platino que dividen el agua en oxígeno e hidrógeno como combustible.
"Nuestra técnica de ajuste podría hacer que las celdas de combustible sean más eficientes energéticamente y aumentar su producción de energía", dijo el coautor Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford y de ciencia de fotones en el Laboratorio Nacional Acelerador de SLAC.también mejorar la eficiencia de generación de hidrógeno de los separadores de agua y mejorar la producción de otros combustibles y productos químicos ".
estructura electrónica
Los catalizadores se utilizan para acelerar las reacciones químicas y consumir menos energía. El rendimiento de un catalizador metálico depende de su estructura electrónica, es decir, cómo están dispuestos los electrones que orbitan los átomos individuales.
"La estructura electrónica de un catalizador debe coincidir con la molécula de interés para lograr la reacción química que desea", explicó Wang. "Puede ajustar la estructura electrónica de un catalizador comprimiendo los átomos o separándolos".
El equipo de Stanford introdujo una forma novedosa de comprimir o separar los átomos en un 5 por ciento, con solo 0,01 nanómetros.
"Puede que no parezca mucho, pero en realidad es mucho", dijo Cui. "¿Cómo lo logramos? Es realmente una combinación de investigación de baterías y catálisis".
electrodo experimental
El estudio se centró en el óxido de litio y cobalto, un material ampliamente utilizado en baterías para teléfonos móviles y otros dispositivos electrónicos. Los investigadores apilaron varias capas de óxido de litio y cobalto para formar un electrodo similar a una batería.
"La aplicación de electricidad elimina los iones de litio del electrodo, lo que hace que se expanda en 0,01 nanómetros", dijo Cui. "Cuando el litio se vuelve a insertar durante la fase de descarga, el electrodo se contrae a su tamaño original".
Para el experimento, el equipo de Stanford agregó varias capas de platino al electrodo de óxido de cobalto y litio.
"Debido a que el platino está adherido al borde, se expande con el resto del electrodo cuando se agrega electricidad y se contrae durante la descarga", dijo Cui.
rendimiento
Separar las capas de platino a una distancia de 0.01 nanómetros, o 5 por ciento, tuvo un impacto significativo en el rendimiento, dijo Wang.
"Descubrimos que la compresión hace que el platino sea mucho más activo", dijo. "Observamos una mejora del 90 por ciento en la capacidad del platino para reducir el oxígeno en el agua. Esto podría mejorar la eficiencia de las pilas de combustible de hidrógeno".
Estirar el electrodo en un 5 por ciento tuvo el efecto contrario, suprimiendo la producción de oxígeno en un 40 por ciento, dijo Wang.
"Este es un experimento de ensueño para un teórico", dijo el coautor del estudio Jens Norskov, profesor de ingeniería química en el Centro SUNCAT de Ciencia de Interfaz y Catálisis de Stanford. "Predijimos teóricamente hace algunos años que se puede usar un catalizadorpara controlar su rendimiento, y aquí está el experimento para demostrar que nuestra teoría funciona bien ".
"Nuestra tecnología ofrece una forma muy poderosa de ajustar de manera controlada el comportamiento catalítico", agregó Cui. "Ahora, los catalizadores mediocres pueden volverse buenos y los buenos catalizadores pueden volverse excelentes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Mark Shwartz. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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