Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado un método más eficiente y estable para realizar reacciones electrocatalíticas.

La técnica, que fluidiza las partículas de catalizador en el electrolito en lugar de pegarlas a los electrodos, evita una rápida disminución en el rendimiento de la reacción, un fenómeno que los investigadores denominan fatiga. El enfoque podría mejorar los procesos de producción para la electrólisis y la conversión y almacenamiento de energía electroquímica.

"Se ha realizado un gran esfuerzo para encontrar nuevos catalizadores de alto rendimiento que también puedan resistir mejor las reacciones electroquímicas, "dijo Jiaxing Huang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la McCormick School of Engineering, quien dirigió la investigación. "Desarrollamos un enfoque drásticamente diferente para hacer que la electrocatálisis sea menos propensa a la descomposición, no encontrando otro material nuevo, pero haciendo la reacción de manera diferente ".

El estudio, titulado "Electrocatálisis fluidizada, "fue publicado el 10 de febrero en la revista Química CCS y aparece en la portada de la edición de febrero.

En un entorno típico de electrocatálisis, una vez que los materiales catalíticos están pegados al electrodo, se empapan en electrolito y experimentan una reacción estimulada por un voltaje. Dado que el voltaje se aplica continuamente a través del electrodo, los materiales experimentan una tensión electroquímica continua. Tiempo extraordinario, su rendimiento catalítico puede deteriorarse debido al daño estructural acumulado en el electrodo en su conjunto, o sobre partículas individuales.

El enfoque del equipo evita el estrés continuo fluidizando las partículas en el electrolito. Ahora las partículas trabajan en rotación, experimentando estrés electroquímico solo momentáneamente cuando choca con el electrodo. Colectivamente la salida de los eventos de colisión individuales se fusiona en una corriente electroquímica continua y estable.

"La electrocatálisis fluidizada rompe el continuo espacial y temporal de las reacciones electroquímicas, haciendo que los catalizadores sean más eficientes ", dijo Huang." La fluidización también reduce el límite de transporte de masa de los reactivos al catalizador, ya que las partículas están nadando en el electrolito ".

Huang probó sus ideas usando un conocido, catalizador disponible comercialmente llamado Pt / C, que está hecho de polvos de negro de humo decorados con nanopartículas de platino para catalizar la evolución de oxígeno, evolución de hidrógeno, y reacciones de oxidación del metanol. Estas tres reacciones electroquímicas, cuando es catalizado por Pt / C, normalmente sufren de un grave deterioro del rendimiento, pero todos mostraron mayor eficiencia y estabilidad cuando las partículas se fluidizaron.

"La nueva estrategia hace que un catalizador inestable ofrezca un rendimiento estable para las tres reacciones del modelo. Fue una prueba de concepto emocionante, "dijo Yi-Ge Zhou, el primer autor del artículo y un ex postdoctorado visitante en el grupo de Huang. "Cuando calculamos la eficiencia de una sola partícula para algunas de estas reacciones, era al menos tres órdenes de magnitud mayor que las partículas fijas. En lugar de estresarlos, le dimos a las partículas la oportunidad de relajarse, y como resultado se volvieron mucho más eficientes ".

Si bien se necesita más trabajo para identificar los tipos de reacciones electroquímicas que podrían maximizar mejor el beneficio de la electrocatálisis fluidizada, Huang cree que su método podría aplicarse a una variedad de diferentes tipos de materiales y producir de manera más eficiente, reacciones electrocatalíticas de mayor duración. Esto podría conducir a procesos mejorados de síntesis electroquímica, que desempeñan un papel importante en la conversión de energía en productos químicos para el almacenamiento de energía a gran escala.

"Espero que otros investigadores consideren nuestro método para reevaluar sus catalizadores. Sería emocionante ver que los catalizadores previamente considerados inutilizables se vuelven utilizables, "Dijo Huang.