Un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha construido nanopartículas de platino para catálisis en pilas de combustible:los nuevos catalizadores de tamaño optimizado son dos veces más potentes que el mejor proceso disponible comercialmente en la actualidad.

Las pilas de combustible pueden sustituir a las baterías como fuente de energía para los coches eléctricos. Consumen hidrógeno un gas que podría producirse, por ejemplo, utilizando el excedente de electricidad de las plantas de energía eólica. Sin embargo, el platino utilizado en las pilas de combustible es raro y extremadamente caro, y esto ha sido un factor limitante en las aplicaciones hasta ahora.

Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich (TUM) dirigido por Roland Fischer, Profesor de Química Inorgánica y Organometálica, Aliaksandr Bandarenka, Física de la Conversión y Almacenamiento de Energía y Alessio Gagliardi, Profesor de Simulación de Nanosistemas para Conversión de Energía, ahora ha optimizado el tamaño de las partículas de platino a tal grado que las partículas funcionan a niveles dos veces más altos que los mejores procesos disponibles comercialmente en la actualidad.

Ideal:un "huevo" de platino de solo un nanómetro de tamaño

En pilas de combustible, el hidrógeno reacciona con el oxígeno para producir agua, generando electricidad en el proceso. Se requieren catalizadores sofisticados en los electrodos para optimizar esta conversión. El platino juega un papel central en la reacción de reducción de oxígeno.

Buscando una solución ideal, el equipo creó un modelo informático del sistema completo. La pregunta central:¿Qué tan pequeño puede ser un grupo de átomos de platino y aún tener un efecto catalítico altamente activo? "Resulta que existen ciertos tamaños óptimos para las pilas de platino, "explica Fischer.

Las partículas que miden alrededor de un nanómetro y contienen aproximadamente 40 átomos de platino son ideales. "Los catalizadores de platino de este orden de tamaño tienen un volumen pequeño pero una gran cantidad de puntos muy activos, resultando en una alta actividad de masa, "dice Bandarenka.

Colaboración interdisciplinar

La colaboración interdisciplinaria en el Catalysis Research Center (CRC) fue un factor importante en los resultados del equipo de investigación. Combinando capacidades teóricas en modelado, Las discusiones conjuntas y el conocimiento físico y químico obtenido de los experimentos finalmente dieron como resultado un modelo que muestra cómo los catalizadores pueden diseñarse con la forma ideal. tamaño y distribución del tamaño de los componentes involucrados.

Además, el CRC también tiene la experiencia necesaria para crear y probar experimentalmente los nanocatalizadores de platino calculados. "Esto requiere mucho en términos del arte de la síntesis inorgánica, "dice Kathrin Kratzl, junto con Batyr Garlyyev y Marlon Rück, uno de los tres autores principales del estudio.

Dos veces más eficaz que el mejor catalizador convencional

El experimento confirmó exactamente las predicciones teóricas. "Nuestro catalizador es dos veces más eficaz que el mejor catalizador convencional del mercado, "dice Garlyyev, agregando que esto todavía no es adecuado para aplicaciones comerciales, ya que la reducción actual del 50 por ciento de la cantidad de platino debería aumentar al 80 por ciento.

Además de las nanopartículas esféricas, los investigadores esperan una actividad catalítica aún mayor a partir de formas significativamente más complejas. Y los modelos informáticos establecidos en la asociación son ideales para este tipo de modelado. "Sin embargo, las formas más complejas requieren métodos de síntesis más complejos, ", dice Bandarenka. Esto hará que los estudios experimentales y computacionales sean cada vez más importantes en el futuro.