en el diario ciencia , los químicos de Argonne han identificado un nuevo catalizador que maximiza la efectividad del platino.
El platino es un metal precioso más raro que la plata o el oro. Reconocido en la comunidad de celdas de combustible por su efectividad en la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua y electricidad, el platino ofrece una actividad y estabilidad inigualables para las reacciones electroquímicas.
Pero el platino es escaso y costoso, lo que significa que los científicos están buscando crear catalizadores prácticos de celdas de combustible que usen mucho menos del costoso metal precioso.
En una nueva investigación del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, publicada en Science, los científicos han identificado un nuevo catalizador que usa solo alrededor de una cuarta parte de platino que la tecnología actual al maximizar la efectividad del platino disponible.
En primer lugar, si se le da una cantidad muy pequeña de platino, debe hacer el mejor uso de él ", Di-Jia Liu, químico de Argonne.
En una celda de combustible, el platino se usa de dos maneras: para convertir hidrógeno en protones y electrones, y para romper enlaces de oxígeno y eventualmente formar agua. La última reacción, la reacción de reducción de oxígeno, requiere una cantidad especialmente grande de platino, yLos científicos han estado buscando una forma de reducir el contenido de platino en los catalizadores de reducción de oxígeno.
Los científicos de Argonne encontraron nuevas formas de mejorar sustancialmente la utilización del platino. Primero, modificaron la forma del platino para maximizar su disponibilidad y reactividad en el catalizador. En esta configuración, unas pocas capas de átomos de platino puro cubren una nanopartícula de aleación de cobalto-platinocore para formar una estructura core-shell.
"Si se le da una cantidad muy pequeña de platino en primer lugar, debe hacer el mejor uso posible", dijo el químico de Argonne Di-Jia Liu, el autor correspondiente del estudio ". Para usar unLa aleación de núcleo-carcasa de platino-cobalto nos permite hacer un mayor número de partículas catalíticamente activas para difundir sobre la superficie del catalizador, pero este es solo el primer paso ".
Las nanopartículas de núcleo y cubierta por sí solas aún no podían manejar una gran entrada de oxígeno cuando la celda de combustible necesita aumentar la corriente eléctrica. Para aumentar la eficiencia del catalizador, Liu y sus colegas confiaron en otro enfoque que conocían biende su investigación anterior, produciendo un sustrato catalíticamente activo, sin metal del grupo del platino sin PGM como soporte para las nanopartículas de aleación de cobalto-platino.
Utilizando estructuras de metal-orgánico como precursores, Liu y sus colegas pudieron preparar un sustrato compuesto de cobalto-nitrógeno-carbono en el que los centros catalíticamente activos se distribuyen uniformemente cerca de las partículas de platino-cobalto. Dichos centros activos son capaces de romperselos enlaces de oxígeno por sí mismos y funcionan sinérgicamente con el platino.
"Puedes verlo como un equipo de fútbol molecular", dijo Liu. "Las nanopartículas de núcleo-cubierta actúan como linieros defensivos dispersos por todo el campo, tratando de abordar demasiadas moléculas de oxígeno al mismo tiempo".Lo que hemos hecho es hacer que el "campo" mismo sea catalíticamente activo, capaz de ayudar a combatir el oxígeno ".
Como resultó, el nuevo catalizador combinado no solo mejoró la actividad sino también la durabilidad en comparación con cualquiera de los componentes por sí solo.
Liu y sus colegas han creado un proceso patentado que consiste en calentar primero los marcos organometálicos que contienen cobalto. A medida que aumenta la temperatura, algunos de los átomos de cobalto interactúan con los orgánicos para formar un sustrato libre de PGM, mientras que otros se reducen al pozopequeños grupos metálicos dispersos en todo el sustrato. Después de la adición de platino seguido de recocido, se forman partículas de núcleo-cubierta de platino-cobalto y se rodean de sitios activos libres de PGM.
Si bien el objetivo final es eliminar el platino de los catalizadores de pila de combustible de hidrógeno por completo, Liu dijo que la investigación actual abre una nueva dirección para abordar tanto la actividad como la durabilidad del catalizador de pila de combustible de una manera rentable ". Dado que los nuevos catalizadores requierensolo una cantidad ultrabaja de platino, similar a la utilizada en los convertidores catalíticos de automóviles existentes, podría ayudar a facilitar la transición de los motores de combustión interna convencionales a los vehículos con celdas de combustible sin interrumpir la cadena de suministro y el mercado del platino ", dijo.
El estudio incluyó modelado computacional y caracterización estructural avanzada realizada en parte en la Fuente avanzada de fotones de Argonne y el Centro de materiales a nanoescala, ambas instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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