Cuencas atómicas QTAIM de platino y aluminio (transparente) y cuenca de enlace Al-Pt (rojo) en el compuesto Al2Pt, revelando la pronunciada transferencia de carga de los átomos de Al a Pt y el carácter polar de las interacciones atómicas Al-Pt. Crédito:© MPI CPfS
La transición de los combustibles fósiles a las fuentes de energía renovable depende en gran medida de la disponibilidad de sistemas eficaces para la conversión y el almacenamiento de energía. Considerando el hidrógeno como molécula portadora, La electrólisis de membrana de intercambio de protones ofrece numerosas ventajas, como el funcionamiento a altas densidades de corriente, cruce de gas bajo, diseño compacto del sistema, etc. su amplia implementación se ve obstaculizada por la lenta cinética de la reacción de evolución de oxígeno (REA), cuya mejora requiere la aplicación de electrocatalizadores a base de Ir poco abundantes y costosos.
Buscando un diseño racional de nuevos tipos de electrocatalizadores REA y abordando cuestiones fundamentales sobre las reacciones clave en la conversión de energía, el consorcio interinstitucional MPG MAXNET Energy integró científicos de diferentes instituciones en Alemania y en el extranjero. Como resultado de una estrecha y fructífera colaboración en este marco, los científicos del departamento de Ciencia Química de los Metales en MPI CPfS junto con expertos del Instituto Fritz Haber en Berlín y MPI CEC en Muelheim an der Ruhr, desarrolló un nuevo concepto para producir multifuncionalidad en electrocatálisis y lo ilustró con éxito con un ejemplo de compuesto intermetálico Al 2 Pt como precursor del material electrocatalizador REA.
El compuesto intermetálico Al 2 Pt (anti-CaF 2 tipo de estructura cristalina) combina dos características importantes para el rendimiento electrocatalítico:(i) densidad reducida de estados en el nivel de Fermi de Pt, y (ii) transferencia de carga pronunciada del aluminio al platino, conduciendo a enlaces químicos fuertemente polares en este compuesto. Estas características proporcionan una actividad REA inherente y una estabilidad creciente frente a la oxidación completa en condiciones oxidativas severas de REA. En condiciones de REA, Alabama 2 Pt experimenta una reestructuración en la región cercana a la superficie como resultado de la disolución autocontrolada del aluminio. La rugosidad y la porosidad de la microestructura cercana a la superficie formada in situ permiten compensar la pérdida de actividad específica. Incluso después de un experimento de estabilidad excepcionalmente largo (19 días) a altas densidades de corriente (90 mA cm -2 ) el material a granel conserva su integridad estructural y composicional. Ampliando la elección de técnicas de síntesis, p.ej. crecimiento de películas delgadas, y la exploración de la variedad de compuestos intermetálicos dibuja las principales directrices para el desarrollo futuro de la estrategia propuesta.
Experimento de REA a largo plazo en HClO4 0,1 M con ánodo de Al2Pt, expresado a través de una serie de curvas de voltamperometría de barrido lineal, registrados después de cada 24 h de cronopotenciometría a 90 mA cm-2. Recuadro:imagen de espectro EDX de los 1,2 mm superiores de la muestra después del experimento a largo plazo (vista de sección transversal; dominios ricos en Al en azul, Granos enriquecidos con Pt en rojo). Crédito:© MPI CPfS
La investigación del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos (MPI CPfS) en Dresde tiene como objetivo descubrir y comprender nuevos materiales con propiedades inusuales.
En estrecha cooperación, químicos y físicos (incluidos los químicos que trabajan en síntesis, experimentales y teóricos) utilizan las herramientas y métodos más modernos para examinar cómo la composición química y la disposición de los átomos, así como fuerzas externas, afectar el magnético, propiedades electrónicas y químicas de los compuestos.
Nuevos materiales cuánticos, Los fenómenos físicos y los materiales para la conversión de energía son el resultado de esta colaboración interdisciplinaria.
