El hidrógeno se comercializa como el portador de energía del futuro. Hasta la fecha, las metodologías existentes no han podido dilucidar cómo se realiza exactamente el proceso electroquímico de división del agua a escala molecular en una superficie catalizadora. Los científicos han desarrollado ahora un nuevométodo para investigar tales procesos 'en vivo' en la escala nanométrica.
Es un experimento escolar bien conocido: cuando se aplica un voltaje entre dos electrodos insertados en agua, se produce hidrógeno molecular y oxígeno. Para promover el uso industrial de este proceso, es indispensable hacer que la división del agua sea eficiente desde el punto de vista energéticocomo sea posible. Además del material del electrodo, la calidad de su superficie es un aspecto crucial para la eficiencia de división. En particular, los puntos ásperos de solo unos pocos nanómetros, es decir, millonésimas de milímetro, de tamaño que se llaman centros reactivos determinanLa reactividad electroquímica de un electrodo.
Los métodos de investigación anteriores no fueron lo suficientemente precisos para seguir las reacciones químicas que tienen lugar en dichos centros reactivos en la superficie del electrodo con suficiente resolución espacial en condiciones reales de funcionamiento, es decir, en solución electrolítica a temperatura ambiente y con un voltaje aplicado. Un equipo de científicos liderópor el Dr. Katrin Domke, líder independiente del grupo Boehringer Ingelheim "Plus 3" en el MPI-P, ha desarrollado un nuevo método con el que los pasos iniciales de la división del agua electrocatalítica en una superficie dorada podrían estudiarse por primera vez con una resolución espacialde menos de 10 nm en condiciones de funcionamiento.
"Pudimos demostrar experimentalmente que las superficies con protuberancias en el rango de nanómetros dividen el agua de una manera más eficiente energéticamente que las superficies planas", dice Katrin Domke. "Con nuestras imágenes, podemos seguir la actividad catalítica de los centros reactivos durantelos pasos iniciales de la división del agua "
Para su método, han combinado diferentes técnicas: en la espectroscopía Raman, las moléculas se iluminan con luz que dispersan. El espectro de luz dispersa contiene información que proporciona una huella digital química de la molécula, lo que permite la identificación de especies químicas. Sin embargo, RamanLa espectroscopía es típicamente una técnica que produce solo señales muy débiles y, además, solo promediadas espacialmente en cientos o miles de nanómetros.
Por esta razón, los investigadores han combinado la técnica Raman con la microscopía de túnel de barrido: al escanear una punta de oro delgada en nanómetros iluminada con luz láser sobre la superficie bajo investigación, la señal Raman se amplifica en muchos órdenes de magnitud directamente en la puntaápice que actúa como una antena. Este fuerte efecto de mejora permite la investigación de muy pocas moléculas a la vez. Además, el enfoque preciso de la luz por la punta conduce a una resolución óptica espacial de menos de diez nanómetros. La característica distintiva de laEl aparato es que se puede operar en condiciones realistas de funcionamiento electrocatalítico.
"Pudimos demostrar que durante la división del agua en puntos ásperos nanométricos, es decir, en centros reactivos, se forman dos óxidos de oro diferentes, que podrían representar intermedios importantes en la separación del átomo de oxígeno de los átomos de hidrógeno", diceDomke. Con sus investigaciones, ahora es posible obtener una visión más precisa de los procesos que tienen lugar a escala nanométrica en superficies reactivas y facilitar el diseño de electrocatalizadores más eficientes en el futuro, donde se necesita menos energía para dividir el agua en hidrógeno.y oxígeno.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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