Un equipo de cuatro investigadores de la Universidad de Stanford y el instituto holandés de investigación energética DIFFER ha determinado por primera vez el mecanismo por el cual las partículas de paladio de tamaño nanométrico absorben hidrógeno. Debido a que las propiedades de las nanopartículas cambian mucho con su tamaño, elegir los tipos correctos de nanopartículas le permite ajustar las propiedades de los materiales. El hallazgo fue publicado en Materiales de la naturaleza y puede conducir a un mejor almacenamiento de hidrógeno y baterías de iones de litio.

Moverse por la media

Saber qué nanopartícula elegir para una aplicación resulta ser un desafío. "En experimentos convencionales, los investigadores producen y miden toda una gama de nanopartículas de distintos tamaños ", explica la autora principal del artículo, Andrea Baldi (Universidad de Stanford y DIFFER). "Sin embargo, la diferencia de comportamiento entre una partícula de 8 y 12 nm es enorme. Entonces, cuando promedia sobre un grupo completo de ellos, el resultado no le dice qué comportamiento pertenece a qué partícula ".

El equipo de investigación dirigido por Jennifer Dionne de la Universidad de Stanford, decidió aclarar la relación entre el tamaño de las nanopartículas y sus propiedades. Con la ayuda de Ai Leen Koh en la instalación de Microscopio Electrónico de Transmisión Ambiental de la universidad, Dionne, Baldi y su compañero investigador Turan C. Narayan lograron seleccionar nanopartículas individuales y medir la cantidad de hidrógeno que contienen cuando se exponen a diferentes presiones de gas hidrógeno.

Modelo de concha

Los resultados del equipo se ajustan a un modelo en el que una capa exterior de la partícula de paladio se carga primero con hidrógeno. La absorción de hidrógeno hace que el paladio se hinche aproximadamente en un 10%, por lo que la capa se expande y abre el núcleo de la partícula para absorber hidrógeno más fácilmente. Cuanto más pequeña es la partícula, cuanto mayor sea la influencia relativa de la capa exterior sobre su volumen. "Aparte de nuestras mediciones sobre la absorción de hidrógeno, esto también se ajusta a los datos sobre electrodos nanoestructurados para baterías de iones de litio. en el que las partículas más pequeñas tienden a cargarse a potenciales más bajos ".

Andrea Baldi:"El gran avance es que ahora podemos medir y potencialmente predecir cómo el tamaño de una partícula individual, la forma y la estructura cristalina determinan su mecanismo de absorción y liberación de hidrógeno ".

Acercándonos más

"En nuestra investigación de seguimiento, queremos dar el siguiente paso y observar la forma en que se distribuye el hidrógeno dentro de una nanopartícula individual ", dice Baldi. "Eso realmente debería abrir una ventana en el proceso de adopción".