Una nueva investigación muestra que algunos catalizadores diminutos que se están considerando para los esfuerzos de remediación ambiental a escala industrial pueden ser inestables durante la operación.

Los químicos de la Universidad de Waterloo estudiaron las estructuras de los catalizadores complejos conocidos como "electrocatalizadores a nanoescala" y encontraron que no son tan estables como los científicos alguna vez pensaron. Cuando la electricidad fluye a través de ellos durante el uso, los átomos pueden reorganizarse. En algunos casos, los investigadores encontraron, Los electrocatalizadores se degradan por completo.

Comprender por qué y cómo ocurre esta reordenación y degradación es el primer paso para usar estos electrocatalizadores a nanoescala en esfuerzos de remediación ambiental, como eliminar el dióxido de carbono atmosférico y los contaminantes del agua subterránea y transformarlos en productos de mayor valor, como los combustibles.

"Los electrocatalizadores actuales se basan en estructuras complejas a nanoescala para optimizar su eficiencia, "dijo Anna Klinkova, profesor del Departamento de Química de Waterloo. "Lo que encontramos, sin embargo, es que el rendimiento superior de estos nanomateriales complejos a menudo tiene el costo de su degradación estructural gradual, ya que existe un compromiso entre su eficacia y estabilidad ".

Klinkova y su equipo descubrieron que la reordenación de los átomos en el catalizador dependía del tipo de metal, forma estructural, y las condiciones de reacción del catalizador.

Identificaron dos razones para los reordenamientos. Algunas moléculas pequeñas pueden adherirse temporalmente a la superficie del catalizador y reducir la energía necesaria para que un átomo se mueva a través de la superficie. En otros casos, áreas estrechas dentro del catalizador concentran la corriente del electrón, haciendo que los átomos de metal se desplacen a través de un proceso llamado electromigración.

La electromigración se ha identificado previamente en microelectrónica, pero esta es la primera vez que se conecta a catalizadores a nanoescala.

Estos hallazgos establecen un marco para evaluar la estabilidad estructural y mapear la geometría cambiante de los catalizadores a nanoescala, que es un paso importante para diseñar mejores catalizadores en el futuro.

"Estos efectos estructurales podrían utilizarse como una de las reglas de diseño en el desarrollo futuro del catalizador para maximizar su estabilidad, ", Dijo Klinkova." También podría inducir deliberadamente la reconstrucción de una estructura diferente que se activa cuando comienza la reacción ".

El estudio, "La interacción de los efectos electroquímicos y eléctricos induce transformaciones estructurales en los electrocatalizadores, "fue publicado recientemente en la revista Catálisis de la naturaleza.