Las celdas de combustible han sido prometedoras durante mucho tiempo como fuentes de energía, pero la baja eficiencia ha creado obstáculos para cumplir esa promesa. Investigadores de la Universidad de Illinois y sus colaboradores han identificado la forma activa de un catalizador que contiene hierro para la parte más complicada del proceso:reduciendo el gas oxígeno, que tiene dos átomos de oxígeno, para que pueda separarse y combinarse con hidrógeno ionizado para producir agua. El hallazgo podría ayudar a los investigadores a refinar mejores catalizadores, haciendo que las celdas de combustible sean una opción más económica y rentable para impulsar vehículos y vehículos.otras aplicaciones.
Dirigidos por el profesor de química U. of I. Andrew Gewirth, los investigadores publicaron su trabajo en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los catalizadores a base de hierro para la reducción de oxígeno son una alternativa abundante y económica a los catalizadores que contienen metales preciosos, que son caros y pueden degradarse. Sin embargo, el proceso para fabricar catalizadores que contienen hierro produce una mezcla de diferentes compuestos que contienen hierro, nitrógeno y carbonoDado que los diversos compuestos son difíciles de separar, exactamente qué forma o formas se comportan ya que el catalizador activo ha sido un misterio para los investigadores. Esto ha dificultado refinar o mejorar el catalizador.
"Anteriormente, no sabíamos de qué estaban hechos estos catalizadores porque tenían muchas cosas diferentes dentro de ellos", dijo Gewirth. "Ahora lo hemos reducido a un componente. Ya sabemos cómo se ve, podemos cambiarlo y trabajar para mejorarlo "
Los investigadores utilizaron un tratamiento con gas de cloro para eliminar selectivamente de la mezcla partículas que no estaban activas para la reducción de oxígeno, refinando la mezcla hasta que quedó un tipo de partícula: una nanopartícula de hierro encapsulada en carbono.
"Nos quedamos con solo nanopartículas encapsuladas dentro de un soporte de carbono, y eso les permite ser más estables", dijo Jason Varnell, un estudiante graduado y el primer autor del artículo. "El hierro se oxida y corroe por sí solo. Ustednecesita tener el carbono a su alrededor para que sea estable en condiciones de pila de combustible ".
Los investigadores esperan que reducir la forma activa del catalizador pueda abrir nuevas posibilidades para hacer formas más puras del catalizador activo, o para ajustar la composición para hacerla aún más activa.
"¿Cuál es el tamaño óptimo? ¿Cuál es la densidad óptima? ¿Cuál es el material de recubrimiento óptimo? Estas son preguntas que ahora podemos abordar", dijo Gewirth. "Estamos probando métodos alternativos para sintetizar el catalizador activo y fabricar nanopartículas multicomponentes con ciertas cantidadesde diferentes metales. Anteriormente, la gente agregaba un poco de sal metálica al horno tubular, como cocinar, un poco de esto, un poco de eso. Pero ahora sabemos que también debemos hacer cosas a diferentes temperaturas para poner otros metales en él.. Nos da la capacidad de convertirlo en un catalizador más activo ".
En última instancia, los investigadores esperan que la función mejorada del catalizador y la capacidad de fabricación conduzcan a celdas de combustible más eficientes, lo que podría hacerlas útiles para vehículos u otras aplicaciones de alto consumo de energía.
"Ahora entendemos mejor la reactividad", dijo Varnell. "Esto podría conducir a la creación de alternativas más viables a los catalizadores de metales preciosos".
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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