Reemplazar su consumo diario de gasolina por un automóvil de hidrógeno podría reducir drásticamente su huella de carbono. Entonces, ¿por qué no todos hacemos el cambio?

Una de las razones por las que no lo hacemos es el costoso catalizador de platino que se requiere para operar las pilas de combustible de hidrógeno de manera eficiente.

Investigación dirigida por Sandia National Laboratories y la Universidad de California, Merced, con el objetivo de reducir el costo de las celdas de combustible de hidrógeno, utilizó un compuesto muy barato para crear una superficie irregular que se asemeja a las hojas de una planta. El área adicional ayuda a catalizar el hidrógeno casi tan eficientemente como el platino.

Investigadores principales Stanley Chou, un científico de materiales de Sandia, y Vincent Tung de UC Merced han solicitado una patente conjunta para el proceso de impresión por pulverización, que utiliza disulfuro de molibdeno de bajo costo. El área de superficie aumentada de la "hoja" ondulada crea tres veces más puntos de contacto catalíticos que otras estructuras de disulfuro de molibdeno, y la nueva creación puede soportar temperaturas más altas que el platino sin sinterizar y engomar la celda.

El trabajo es parte de un esfuerzo para impulsar coches de hidrógeno de forma más barata, deseables porque emiten agua en lugar de monóxido de carbono o dióxido de carbono.

La naturaleza como aliada

El método de producción utiliza la naturaleza como aliada más que como obstáculo, Dijo Chou. "En el pensamiento tradicional, fuerzas como la gravedad, la viscosidad y la tensión superficial deben superarse para lograr las formas fabricadas que desee. Pensamos en lugar de pensar en estas fuerzas como limitaciones, ¿Por qué no usarlos para hacer algo útil? Entonces, lo hicimos."

Tung dijo que el método utiliza procesos naturales para producir materiales para terminales de celdas de combustible extremadamente económicas para liberar hidrógeno. "El proceso de impresión también permite la deposición continua, con la capacidad de escalar para la industria, " él dijo.

El equipo mezcló disulfuro de molibdeno con agua y utilizó el proceso de impresión para expulsar gotas del tamaño de un micrón en un área cerrada de aproximadamente 2 pies de altura. Mientras caían las gotitas se separaron primero en subunidades nanoscópicas. Estos se secaron aún más mientras caían, su volumen cada vez menor produce una superficie tridimensional irregular muy parecida a las hojas de las plantas, con pequeñas crestas, sierras, canales, cuevas y túneles. Aterrizando sobre un sustrato y unos sobre otros, las "hojas" todavía estaban lo suficientemente húmedas como para unirse como si estuvieran unidas en puntos críticos por pequeñas gotas de pegamento. Por lo tanto, las nanoestructuras no perdieron su individualidad sino que, manteniendo sus identidades, creó pequeños túneles dentro y entre ellos que permitieron un acceso extraordinario a los átomos de hidrógeno para buscar su liberación de los enlaces químicos.

La inspiración para crear una forma tridimensional de inspiración biológica surgió al estudiar el proceso de plegado de la cutícula, un mecanismo utilizado por las plantas para controlar la difusión y la permeabilidad en la superficie de las hojas, Dijo Chou.

"Vemos nuestro catalizador como un material inorgánico que actúa como una planta. Las nanoestructuras, como hojas, son de formas variadas, con pequeñas subidas y bajadas, ", dijo." Las estructuras toman un material externo para producir hidrógeno en lugar de oxígeno, y un día puede ser impulsado por la luz solar ". Ahora mismo, la electricidad de muy bajo voltaje hace el trabajo.

Las dudas sobre la fuerza de la estructura se formaron de una manera tan fortuita, Tung relató:se resolvieron cuando un estudiante de 170 libras, sin saberlo, pisó una de las primeras creaciones de catalizador de disulfuro de molibdeno cuando cayó accidentalmente al suelo. Unos cientos de nanómetros de espesor, descansaba sobre un sustrato de carbono de un centímetro cuadrado, pero por lo demás estaba desprotegido. La investigación electromicroscópica mostró que la pequeña estructura no estaba dañada. Las "hojas" también han demostrado ser duraderas, continuar produciendo hidrógeno durante seis meses.

El trabajo es objeto de un artículo técnico publicado en línea en la revista. Materiales avanzados .