Los investigadores de la Universidad Northwestern han descubierto un nuevo enfoque para crear nuevos catalizadores importantes para ayudar en la conversión y el almacenamiento de energía limpia. El método de diseño también tiene el potencial de impactar el descubrimiento de nuevos materiales ópticos y de almacenamiento de datos, catalizadores que impactan la síntesis farmacéutica y catalizadoresque permiten una mayor eficiencia en el procesamiento de productos derivados del petróleo a un costo mucho menor.
Los científicos buscan continuamente nuevos materiales para catalizar acelerar las reacciones químicas y los procesos requeridos para crear una amplia gama de productos. Identificar y crear un catalizador es complejo, especialmente porque la cantidad potencial de materiales, definida por la composición y el tamaño de partícula yforma, es abrumador.
En este estudio, los investigadores analizaron los desafíos de mejorar la asequibilidad y la eficiencia del catalizador en la conversión y almacenamiento de energía limpia. Actualmente, los catalizadores a base de platino Pt son los más efectivos y comúnmente utilizados para facilitar una reacción de evolución de hidrógeno HER, que es, en parte, la base de cómo se usan las celdas de combustible para generar energía. Sin embargo, como el platino es raro y costoso, los científicos han estado buscando alternativas más asequibles y eficientes.
"Combinamos teoría, una herramienta nueva y poderosa para sintetizar nanopartículas y más de un elemento metálico, en este caso, una aleación que consiste en platino, cobre y oro, para crear un catalizador que es siete veces más activo que el estado-platino comercial de última generación ", dijo Chad A. Mirkin, profesor de química George B. Rathmann en el Colegio de Artes y Ciencias de Weinberg y director del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern.
El estudio, publicado en línea esta semana por el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS , fue coautor de Mirkin; Chris Wolverton, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Jerome B. Cohen en la Escuela de Ingeniería McCormick del Noroeste; y Yijin Kang, electroquímico y profesor visitante de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica en China.
Específicamente, los investigadores utilizaron la litografía de copolímero de bloque de sonda de exploración SPBCL, junto con los códigos de la teoría de densidad funcional DFT, para diseñar y sintetizar el catalizador HER. Inventado en el laboratorio de Mirkin en Northwestern, SPBCL permite a los científicos controlar el crecimiento y la composiciónde nanopartículas individuales estampadas en una superficie. Los códigos DFT describen las propiedades estructurales, magnéticas y electrónicas de moléculas, materiales y defectos.
"Además de proporcionar una nueva forma de catalizar la reacción HER, el documento destaca un enfoque novedoso para hacer y descubrir nuevos catalizadores de partículas para casi cualquier proceso industrialmente importante", dijo Wolverton.
Esto puede incluir proporcionar un camino despejado a nuevos superconductores de alta temperatura; estructuras útiles en el almacenamiento de datos; materiales para nanoestructuras de conversión de energía solar para mover la luz en las escalas más pequeñas; y nuevos catalizadores para convertir productos químicos de bajo valor asequiblesen productos de alto valor, como productos farmacéuticos y precursores farmacéuticos.
La identificación de nuevos materiales es esencial para impulsar el desarrollo tecnológico. Se espera que el mercado mundial de catálisis alcance los $ 34.3 mil millones en los próximos seis años, según un informe de Grand View Research, Inc.
"Para encontrar los mejores materiales en su clase que impulsen cualquier aplicación de interés, necesitamos identificar formas de reducir la cantidad de posibilidades que se estudiarán y aumentar la velocidad a la que se pueden explorar", dijo Kang.
"Esta combinación de teoría y síntesis de partículas a nanoescala comienza a asumir ese desafío", dijo Mirkin, quien también es profesor en McCormick.
El estudio se titula "Diseño de catalizador mediante escaneo de litografía de copolímero de bloque de sonda".
Lilang Huang y Peng-Cheng Chen son los primeros autores del estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Sheryl Cash. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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