Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el platino es, con mucho, el mejor catalizador para dividir las moléculas de agua para producir gas hidrógeno. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Brown muestra por qué el platino funciona tan bien, y esa no es la razón por la que se supone.
La investigación, publicada en catálisis ACS , ayuda a resolver una pregunta de investigación de casi un siglo de antigüedad, dicen los autores. Y podría ayudar a diseñar nuevos catalizadores para producir hidrógeno que sean más baratos y más abundantes que el platino. Eso podría ayudar a reducir las emisiones de los combustibles fósiles.
"Si podemos encontrar la manera de producir hidrógeno de manera barata y eficiente, abre la puerta a muchas soluciones pragmáticas para combustibles y productos químicos libres de fósiles", dijo Andrew Peterson, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería de Brown y el estudio del estudioautor principal: "El hidrógeno se puede usar en las celdas de combustible, combinado con un exceso de CO2 para producir combustible o combinado con nitrógeno para producir fertilizante de amoníaco. Hay mucho que podemos hacer con el hidrógeno, pero para hacer que el agua se divida en una fuente de hidrógeno escalable, necesitamos uncatalizador más barato "
El diseño de nuevos catalizadores comienza con la comprensión de lo que hace que el platino sea tan especial para esta reacción, dice Peterson, y eso es lo que esta nueva investigación tuvo como objetivo descubrir.
El éxito del platino se ha atribuido durante mucho tiempo a su energía de unión "Ricitos de oro". Los catalizadores ideales se aferran a las moléculas de reacción ni demasiado flojas ni demasiado apretadas, sino en algún lugar en el medio. Ate las moléculas demasiado flojamente y es difícil que comience una reacción.Únelos demasiado apretados y las moléculas se adhieren a la superficie del catalizador, haciendo que la reacción sea difícil de completar. La energía de unión del hidrógeno en el platino simplemente equilibra perfectamente las dos partes de la reacción de división del agua, por lo que la mayoría de los científicos creen que es esoatributo que hace que el platino sea tan bueno.
Pero había razones para cuestionar si esa imagen era correcta, dice Peterson. Por ejemplo, un material llamado disulfuro de molibdeno MoS2 tiene una energía de unión similar al platino, pero es un catalizador mucho peor para la reacción de división del agua.sugiere que la energía de enlace no puede ser la historia completa, dice Peterson.
Para averiguar qué estaba sucediendo, él y sus colegas estudiaron la reacción de división del agua en catalizadores de platino utilizando un método especial que desarrollaron para simular el comportamiento de átomos y electrones individuales en reacciones electroquímicas.
El análisis mostró que los átomos de hidrógeno que están unidos a la superficie del platino en la energía de unión "Ricitos de oro" en realidad no participan en la reacción cuando la velocidad de reacción es alta. En cambio, se acurrucan dentro de la superficie cristalinacapa del platino, donde permanecen espectadores inertes. Los átomos de hidrógeno que participan en la reacción están mucho más débilmente unidos que la supuesta energía de "Ricitos de Oro". Y en lugar de acurrucarse en la red, se sientan encima de los átomos de platino, dondeson libres de reunirse para formar gas H2.
Los investigadores concluyen que es la libertad de movimiento de los átomos de hidrógeno en la superficie lo que hace que el platino sea tan reactivo.
"Lo que esto nos dice es que buscar esta energía de unión 'Ricitos de oro' no es el principio de diseño correcto para la región de alta actividad", dijo Peterson. "Sugerimos que el diseño de catalizadores que pongan hidrógeno en este estado altamente móvil y reactivoes el camino a seguir "
El laboratorio de Peterson en Brown se especializa en el uso de simulaciones por computadora para diseñar nuevos catalizadores. El equipo planea tomar estos nuevos hallazgos para comenzar a buscar una nueva alternativa al platino.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Naval N00014-16-1-2355. Los coautores del artículo fueron Per Lindgren y Georg Kastlunger.
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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