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 no es la razón por la que se ha asumido.

La investigación, publicado en Catálisis ACS , ayuda a resolver una pregunta de investigación de casi un siglo, dicen los autores. Y podría ayudar a diseñar nuevos catalizadores para producir hidrógeno que sean más baratos y más abundantes que el platino. Eso, en última instancia, podría ayudar a reducir las emisiones de los combustibles fósiles.

"Si podemos descubrir cómo producir hidrógeno de forma económica y eficiente, abre la puerta a una gran cantidad de soluciones pragmáticas para combustibles y productos químicos libres de fósiles, "dijo Andrew Peterson, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal del estudio. "El hidrógeno se puede utilizar en pilas de combustible, combinado con el exceso de CO2 para hacer combustible o combinado con nitrógeno para hacer fertilizante de amoníaco. Podemos hacer mucho con el hidrógeno pero para convertir el agua en una fuente de hidrógeno escalable, necesitamos un catalizador más barato ".

El diseño de nuevos catalizadores comienza con la comprensión de lo que hace que el platino sea tan especial para esta reacción. Peterson dice:y eso es lo que esta nueva investigación pretendía descubrir.

El éxito de Platinum se ha atribuido durante mucho tiempo a su energía vinculante "Ricitos de oro". Los catalizadores ideales se aferran a las moléculas que reaccionan ni con demasiada holgura ni con demasiada fuerza, pero en algún lugar en el medio. Si se unen las moléculas con demasiada holgura, es difícil que se inicie una reacción. Únelos con demasiada fuerza y ​​las moléculas se pegarán a la superficie del catalizador, haciendo que una reacción sea difícil de completar. La energía de unión del hidrógeno al platino equilibra perfectamente las dos partes de la reacción de división del agua, por lo que la mayoría de los científicos han creído que es ese atributo lo que hace que el platino sea tan bueno.

Pero había razones para cuestionar si esa imagen era correcta, Peterson dice. Por ejemplo, un material llamado disulfuro de molibdeno (MoS2) tiene una energía de enlace similar al platino, sin embargo, es un catalizador mucho peor para la reacción de disociación del agua. Eso sugiere que la energía vinculante no puede ser la historia completa, Peterson dice.

Para saber lo que estaba pasando él y sus colegas estudiaron la reacción de separación de 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 enlace "Ricitos de oro" no participan en la reacción en absoluto cuando la velocidad de reacción es alta. En lugar de, se anidan dentro de la capa cristalina superficial del platino, donde permanecen espectadores inertes. Los átomos de hidrógeno que participan en la reacción están mucho más débilmente unidos que la supuesta energía "Ricitos de oro". Y en lugar de acurrucarse en la celosía, se sientan encima de los átomos de platino, donde son libres de encontrarse entre sí para formar gas H2.

Es esa libertad de movimiento de los átomos de hidrógeno en la superficie lo que hace que el platino sea tan reactivo, concluyen los investigadores.

"Lo que esto nos dice es que buscar esta energía de enlace 'Ricitos de oro' no es el principio de diseño correcto para la región de alta actividad, Peterson dijo. "Sugerimos que el diseño de catalizadores que pongan el hidrógeno en este estado altamente móvil y reactivo es el camino a seguir".