Una razón por la que no podemos embotellar el sol del verano y guardar la energía solar para los días lluviosos es que no tenemos una manera eficiente de almacenarla. La naturaleza almacena energía en enlaces químicos, como cuando las plantas fotosintetizan nuestros alimentos. Los investigadores están intentandodiseñar catalizadores basados en metales económicos para almacenar energía como lo hace la naturaleza.
Los enlaces químicos en el gas de hidrógeno, por ejemplo, podrían alimentar las celdas de combustible, los motores de combustión interna o los generadores. Utilizando un catalizador natural de bacterias para inspirarse, los investigadores ahora han desarrollado el catalizador sintético más rápido para la producción de hidrógeno, produciendo 45 millones de moléculaspor segundo. En lugar de un metal costoso, este catalizador utiliza níquel abundante y económico en su núcleo ocupado.
Aunque el catalizador requiere más energía para funcionar que un catalizador de platino convencional, la información obtenida de este resultado podría eventualmente ayudar a hacer combustible de hidrógeno de una manera ecológica y asequible, informan los investigadores en la revista de química Edición internacional Angewandte Chemie .
"Lo siguiente en lo que trabajaremos será hacerlo más eficiente", dijo la química Molly O'Hagan del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía. "Todavía tenemos que alimentarla con demasiada electricidad para producir el hidrógeno".
El equipo de PNNL ha estado desarrollando un catalizador a base de níquel modelado sobre una enzima de la naturaleza llamada hidrogenasa durante varios años. En 2011, trabajando en el Centro de Electrocatálisis Molecular, un Centro de Investigación de la Frontera Energética del DOE, hicieron un sintéticocatalizador que fue 10 veces más rápido que el natural. Ese natural registró 100.000 moléculas de hidrógeno por segundo.
Mientras trabajaban en el desarrollo del catalizador, los científicos probarían sus catalizadores en reacciones combinando el catalizador y los ácidos en diferentes medios. Una cosa que notaron fue que el catalizador sintético producía hidrógeno más rápido en un líquido viscoso en lugar de un líquido libre.líquido que fluye.
"Utilizamos este medio que era como el jarabe para panqueques y vimos tasas muy rápidas", dijo O'Hagan. "El catalizador tiene brazos que se mueven para colocar las piezas de la reacción química. Normalmente están cayendo como locos y ellas piezas no siempre alcanzan el objetivo correcto. Cuando esto sucede, los brazos pueden quedar atrapados en una posición en la que el catalizador no puede juntar las piezas en absoluto. Pensamos que este jarabe espeso podría estar ralentizando el flop, dejandolos brazos juntan las piezas de manera más eficiente "
Para probar esta hipótesis, el equipo diseñó el catalizador para tener brazos más largos que arrastrarían y frenarían el flop. Probaron diferentes longitudes de brazo y encontraron que cuanto más largos eran los brazos, más rápido el catalizador producía moléculas de hidrógeno.
También midieron qué tan rápido se balanceaban los brazos. Cuanto más largos son los brazos, más lento es el movimiento, lo que les permite atribuir la producción más rápida de hidrógeno a los movimientos más lentos de los brazos. Al igual que los niños emocionados que juegan a atrapar, calmarse un poco les permite golpearsu marca más a menudo.
"Este trabajo nos dio una idea del movimiento del catalizador y cómo controlar ese movimiento para hacerlo más eficiente", dijo O'Hagan.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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