Degradación del platino, utilizado como material de electrodo clave en la economía del hidrógeno, acorta drásticamente la vida útil de los dispositivos de conversión de energía electroquímica, como las pilas de combustible. Por primera vez, Los científicos aclararon los movimientos de los átomos de platino que conducen a la degradación de la superficie del catalizador. Sus resultados se publican hoy en Catálisis de la naturaleza .

Durante más de medio siglo, el platino ha sido conocido como uno de los mejores catalizadores para la reducción de oxígeno, una de las reacciones clave en las pilas de combustible. Sin embargo, Es difícil cumplir con la alta actividad y estabilidad a largo plazo de los catalizadores necesarios para el despliegue masivo de la tecnología del hidrógeno en el sector del transporte.

Científicos dirigidos por la Universidad de Kiel (Alemania), en colaboración con el ESRF, Universidad de Victoria (Canadá), Universidad de Barcelona (España) y Forschungszentrum Jülich (Alemania), Ahora he descubierto por qué y cómo se degrada el platino. "Hemos creado una imagen atomística para explicarlo, "dice Olaf Magnussen, profesor de la Universidad de Kiel y autor correspondiente del artículo.

Para lograr esto, el equipo fue a la línea de luz ID31 de ESRF para estudiar las diferentes facetas de los electrodos de platino en una solución de electrolito. Descubrieron cómo los átomos se organizan y se mueven en la superficie durante los procesos de oxidación. la principal reacción responsable de la disolución del platino.

Los hallazgos abren las puertas a la ingeniería atomística:"Con este nuevo conocimiento, podemos imaginar apuntar a ciertas formas y arreglos superficiales de nanopartículas para mejorar la estabilidad del catalizador. También podemos encontrar cómo se mueven los átomos, por lo que podríamos agregar aditivos de superficie para evitar que los átomos se muevan en sentido contrario, "explica Jakub Drnec, científico de la línea de luz ID31 y coautor del estudio.

El hecho de que los experimentos se llevaran a cabo en condiciones electroquímicas similares a lo que sucede en el dispositivo real fue clave para traducir los hallazgos en tecnología de celdas de combustible. "Debido a que la superficie del platino cambia rápidamente durante la oxidación, estas mediciones fueron posibles solo gracias a un nuevo, técnica muy rápida para la caracterización de estructuras superficiales. Este método, difracción de rayos X de superficie de alta energía, ha sido co-desarrollado en el ESRF, "explica Timo Fuchs, de la Universidad de Kiel y coautor del estudio. "Y es, De hecho, la única técnica que puede proporcionar este tipo de información en el entorno real, ", agrega. Esta es la primera publicación donde los movimientos atómicos fueron determinados por la técnica en tales condiciones.

Esta investigación debe su éxito a la combinación de las mediciones de rayos X en el ESRF con mediciones de disolución altamente sensibles realizadas en Forschungszentrum Jülich y simulaciones por computadora avanzadas. "Solo una combinación de este tipo de diferentes técnicas de caracterización y cálculos teóricos proporciona una imagen completa de lo que sucede con los átomos a nivel de nanoescala en un catalizador de platino, "dice Federico Calle-Vallejo de la Universidad de Barcelona, a cargo de las simulaciones.

El siguiente paso para el equipo es continuar con los experimentos que brinden información sobre los mecanismos de degradación de otras facetas del modelo que imitan los bordes y las esquinas de las partículas de catalizador. Estos resultados proporcionarán un mapa de la estabilidad del platino en condiciones de reacción y permitirán a los investigadores desarrollar estrategias racionales para el diseño de catalizadores más estables en el futuro.