Los investigadores de la Universidad Northwestern han descubierto un nuevo enfoque para crear nuevos catalizadores importantes para ayudar en la conversión y el almacenamiento de energía limpia. El método de diseño también tiene el potencial de impactar en el descubrimiento de nuevos materiales ópticos y de almacenamiento de datos. catalizadores que impactan la síntesis farmacéutica y catalizadores que permiten un procesamiento de productos petrolíferos de mayor eficiencia a un costo mucho menor.

Los científicos buscan continuamente nuevos materiales para catalizar (acelerar) las reacciones químicas y los procesos necesarios para crear una amplia gama de productos. Identificar y crear un catalizador es complejo, especialmente como el número potencial de materiales, definido por la composición y el tamaño y la forma de las partículas, es abrumador.

En este estudio, Los investigadores analizaron los desafíos de mejorar la asequibilidad y la eficiencia del catalizador en la conversión y almacenamiento de energía limpia. En la actualidad, Los catalizadores a base de platino (Pt) son los más efectivos y comúnmente utilizados para facilitar una reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER), cual es, en parte, la base de cómo se utilizan las pilas de combustible para generar energía. Sin embargo, como el platino es raro y costoso, los científicos han estado buscando alternativas más asequibles y eficientes.

"Combinamos teoría, una nueva y poderosa herramienta para sintetizar nanopartículas y más de un elemento metálico, en este caso, una aleación de platino, cobre y oro:para crear un catalizador que sea siete veces más activo que el platino comercial de última generación, "dijo Chad A. Mirkin, el Profesor George B. Rathmann de Química en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y el director del Instituto Internacional de Nanotecnología en Northwestern.

El estudio, publicado en línea esta semana por el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), fue coautor de Mirkin; Chris Wolverton, el Profesor Jerome B. Cohen de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern; y Yijin Kang, electroquímico y profesor invitado de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China.

Específicamente, los investigadores utilizaron la litografía de copolímero de bloques de sonda de barrido (SPBCL), junto con los códigos de la teoría funcional de la densidad (DFT), para diseñar y sintetizar el catalizador HER. Inventado en el laboratorio de Mirkin en Northwestern, SPBCL permite a los científicos controlar el crecimiento y la composición de nanopartículas individuales modeladas en una superficie. Los códigos DFT describen la estructura, propiedades magnéticas y electrónicas de las moléculas, materiales y defectos.

"Además de proporcionar una nueva forma de catalizar la reacción HER, El documento destaca un enfoque novedoso para fabricar y descubrir nuevos catalizadores de partículas para casi cualquier proceso de importancia industrial. "Dijo Wolverton.

Esto puede incluir proporcionar un camino claro hacia nuevos superconductores de alta temperatura; estructuras útiles en el almacenamiento de datos; materiales para nanoestructuras de conversión de energía solar para mover la luz en las escalas más pequeñas; y nuevos catalizadores para convertir productos químicos de bajo valor (asequibles) en productos de alto valor, tales como productos farmacéuticos y precursores farmacéuticos.

La identificación de nuevos materiales es fundamental para impulsar el desarrollo tecnológico. Se espera que el mercado global de catálisis alcance los $ 34,3 mil millones en los próximos seis años, según un informe de Grand View Research, C ª.

"Para encontrar los mejores materiales de su clase que impulsen cualquier aplicación de interés, necesitamos identificar formas de reducir el número de posibilidades que se estudiarán y aumentar la velocidad a la que se pueden explorar, "Dijo Kang.

"Esta combinación de teoría y síntesis de partículas a nanoescala comienza a asumir ese desafío, "dijo Mirkin, quien también es profesor en McCormick.

El estudio se titula "Diseño de catalizador mediante exploración de litografía de copolímero de bloque de sonda".