Si bien la limpieza de los escapes de los automóviles se encuentra entre las aplicaciones más conocidas de los procesos catalíticos, es solo la punta del iceberg. Prácticamente toda la industria química se basa en reacciones catalíticas. Por lo tanto, el diseño del catalizador juega un papel clave en la mejora de estos procesos.Un equipo internacional de científicos ha desarrollado un concepto que correlaciona elegantemente las propiedades geométricas y de adsorción. Validaron su enfoque al diseñar un nuevo catalizador a base de platino para aplicaciones de celdas de combustible.
El hidrógeno sería un portador de energía ideal: la energía eólica excedente podría dividir el agua en sus elementos. El hidrógeno podría impulsar los autos eléctricos impulsados por celdas de combustible con gran eficiencia. Si bien el único escape sería el agua, el rango podría ser el habitual. PeroLos vehículos con celdas de combustible siguen siendo una rara excepción. El platino Pt requerido es extremadamente costoso y la producción anual mundial no sería suficiente para todos los automóviles.
Un componente clave de la celda de combustible es el catalizador de platino que se usa para reducir el oxígeno. Es bien sabido que no toda la superficie, sino solo algunas áreas particularmente expuestas del platino, los llamados centros activos, son catalíticamente activos.
Un equipo de científicos de la Universidad Técnica de Múnich y la Universidad Ruhr Bochum Alemania, la Ecole normale superieure ENS de Lyon, el Centro nacional de investigación científica CNRS, la Universidad Claude Bernard Lyon 1 Francia yLa Universidad de Leiden Países Bajos se propuso determinar qué constituye un centro activo.
Estudiando el modelo
Un método común utilizado en el desarrollo de catalizadores y en el modelado de los procesos que tienen lugar en sus superficies es la simulación por computadora. Pero a medida que aumenta el número de átomos, los cálculos químicos cuánticos se vuelven extremadamente complejos.
Con su nueva metodología llamada "gráficos de actividad de coordinación", el equipo de investigación presenta una solución alternativa que correlaciona elegantemente las propiedades geométricas y de adsorción. Se basa en el "número de coordinación generalizado" GCN, que cuenta los vecinos inmediatos de un átomoy los números de coordinación de sus vecinos.
Calculado con el nuevo enfoque, una superficie típica de Pt 111 tiene un valor de GCN de 7.5. De acuerdo con la gráfica de actividad de coordinación, el catalizador óptimo debería, sin embargo, alcanzar un valor de 8.3. El mayor número requerido de vecinos puedese obtendrá induciendo cavidades de tamaño atómico en la superficie de platino, por ejemplo.
Prueba práctica exitosa
Para validar la precisión de su nueva metodología, los investigadores diseñaron computacionalmente un nuevo tipo de catalizador de platino para aplicaciones de celdas de combustible. Los catalizadores modelo se prepararon experimentalmente usando tres métodos de síntesis diferentes. En los tres casos, los catalizadores mostraronactividad catalítica tres veces y media mayor.
"Este trabajo abre una forma completamente nueva para el desarrollo del catalizador: el diseño de materiales basados en razones geométricas que son más perspicaces que sus equivalentes energéticos", dice Federico Calle-Vallejo. "Otra ventaja del método es que se basaclaramente sobre uno de los principios básicos de la química: los números de coordinación. Esto facilita significativamente la implementación experimental de diseños computacionales ".
"Con este conocimiento, podríamos ser capaces de desarrollar nanopartículas que contengan significativamente menos platino o incluso incluir otros metales catalíticamente activos", dice el profesor Aliaksandr S. Bandarenka, profesor de seguimiento de la tenencia en la Universidad Técnica de Munich. "Y en el futuro podríamosser capaces de extender nuestro método a otros catalizadores y procesos también "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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