La industria ha estado desplegando tradicionalmente aleaciones de platino como catalizadores para la reducción de oxígeno, que es, por ejemplo, esencial en pilas de combustible o baterías de metal-aire. Caro y raro, ese metal impone restricciones estrictas a la fabricación. Investigadores de la Ruhr-Universität Bochum RUB y Max-Planck-Institut für Eisenforschung han descubierto una aleación compuesta por cinco elementos que no contiene metales nobles y es tan activa como el platino. Publicaron su artículo en la revista Materiales de energía avanzada el 21 de octubre de 2018.
Nuevos vecinos forman centros activos
Las propiedades catalíticas de los elementos no nobles y sus aleaciones suelen ser bastante pobres. Para sorpresa de los investigadores, una aleación compuesta por cinco componentes casi igualmente equilibrados ofrece propiedades mucho mejores. Esto se debe al llamado efecto de alta entropíaHace que las aleaciones multinarias mantengan una estructura cristalina simple.
"A través de la interacción de diferentes elementos vecinos, se forman nuevos centros activos que presentan propiedades completamente nuevas y, por lo tanto, ya no están vinculados a las propiedades limitadas de los elementos individuales", explica Tobias Löffler, estudiante de doctorado en la Cátedra de Química Analítica RUB- Centro de Ciencias Electroquímicas dirigido por el profesor Wolfgang Schuhmann. "Nuestra investigación ha demostrado que esta aleación podría ser relevante para la catálisis".
Generando bibliotecas de nanopartículas de aleación
Buscando una alternativa al platino, los investigadores de la Cátedra de Materiales para Microtecnología RUB, dirigida por el profesor Alfred Ludwig, desplegaron un método especial para generar una biblioteca de nanopartículas de aleación de cinco elementos fuente. Sus átomos se mezclan en plasma y forman nanopartículas en un sustrato delíquido iónico. El líquido se coloca en pequeñas cavidades en un soporte.
Si las nanopartículas se encuentran cerca de la fuente del átomo respectivo, el porcentaje de átomos de esa fuente es mayor en la partícula respectiva. En el centro del portador, los cinco elementos están presentes en cantidades más o menos iguales ".Este proceso combinatorio nos permite controlar con precisión la composición de las nanopartículas de aleación en cualquier lugar de la biblioteca de materiales ", dice Alfred Ludwig.
composición optimizada
Dirigido por la profesora Christina Scheu, el equipo de investigación del Max-Planck-Institut für Eisenforschung analizó las nanopartículas así generadas mediante microscopía electrónica de transmisión. Los químicos de RUB determinaron su actividad catalítica y la compararon con la de las nanopartículas de platino.
En el proceso, identificaron un sistema compuesto por cinco elementos donde el efecto de alta entropía produce una actividad catalítica para una reducción de oxígeno similar a la del platino. Al optimizar aún más la composición, mejoraron con éxito la actividad general.
Consecuencias de gran alcance para la electrocatálisis
"Estos hallazgos pueden tener consecuencias de largo alcance para la electrocatálisis en general", supone Wolfgang Schuhmann. Los investigadores esperan adaptar las propiedades para cualquier reacción requerida aprovechando el número casi infinito de combinaciones posibles de los elementos y modificaciones de"Por consiguiente, la solicitud no se limitará necesariamente a la reducción de oxígeno", dice Ludwig. El equipo de investigación ya ha solicitado una patente.
Sin embargo, como la interacción de los elementos no se comprende completamente, los investigadores aún no pueden desarrollar ningún catalizador específico ". Este proyecto de investigación sienta las bases para futuros estudios para obtener una mejor comprensión del proceso, e introduce alta entropíaaleaciones compuestas de múltiples elementos como una nueva categoría de catalizador ", señalan los investigadores.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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