Los científicos del Laboratorio Ames han descubierto un método para hacer nanopartículas intermetálicas más eficientes para aplicaciones de pilas de combustible, y que también utilizan menos del costoso platino, un metal precioso.

Los investigadores lograron superar algunos de los desafíos técnicos presentados en la fabricación de nanopartículas de platino-zinc con una estructura reticular ordenada. que funcionan mejor en los tamaños pequeños en los que el área superficial químicamente reactiva es más alta en proporción al volumen de partículas.

"Esa relación superficie-volumen es importante para aprovechar al máximo una nanopartícula intermetálica, "dijo Wenyu Huang, Científico del Laboratorio Ames y profesor asistente de Química en la Universidad Estatal de Iowa. "Cuanto más pequeña es la partícula, cuanta más superficie hay, y una mayor superficie aumenta la actividad catalítica ".

Pero la alta temperatura del proceso de recocido necesario para formar nanopartículas intermetálicas a menudo frustra el objetivo de lograr un tamaño pequeño.

"El recocido a alta temperatura puede hacer que las partículas se agreguen o aglutinen, y produce partículas de mayor tamaño que tienen menos superficie disponible y no son tan reactivas. Entonces, solo los pasos necesarios para producirlos pueden derrotar su rendimiento químico final, "dijo Huang.

Para evitar que se produzca agregación durante el proceso de calentamiento, El grupo de investigación de Huang utilizó por primera vez nanotubos de carbono como soporte para las nanopartículas de PtZn, y luego los revistió con una cáscara de sílice mesoporosa de sacrificio para el recocido a alta temperatura para formar las estructuras intermetálicas. Luego, un proceso de grabado químico elimina la capa de sílice.

El producto final resultante de partículas uniformes de platino-zinc de 3,2 nm no solo produjo el doble de actividad catalítica por sitio de superficie, esa área de superficie vio diez veces la actividad catalítica de partículas más grandes que contienen la misma cantidad de platino.

El descubrimiento fue posible en parte gracias a las capacidades de un nuevo microscopio electrónico de barrido Titán en la Instalación de Instrumentos Sensibles del Laboratorio Ames. financiado conjuntamente por el Departamento de Energía y la Universidad Estatal de Iowa.

"Poder ver las distribuciones del material a nivel atómico con nuestro nuevo microscopio ha tenido un enorme impacto positivo en las capacidades del Laboratorio para ajustar los materiales, "dijo Lin Zhou, científico asociado y líder de instrumentos de la Instalación de Instrumentos Sensibles. "Es un proceso mucho más inmediato, poder colaborar directamente con los científicos de fabricación internos. Según los resultados y las sugerencias que proporcionamos, pueden mejorar el material, podemos caracterizarlo una vez más, y el ciclo de descubrimiento es mucho más rápido ".

La investigación se analiza con más detalle en un documento, "Nanopartículas intermetálicas de PtZn sub-4 nm para actividades específicas y de masa mejoradas en la reacción de electrooxidación catalítica" publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .