Un obstáculo al que se enfrentan los investigadores es que la tecnología actual de pilas de combustible se basa en el uso de costosos catalizadores metálicos como el platino para convertir el hidrógeno en energía; sin embargo, un equipo de la Facultad y Escuela de Graduados en Artes y Ciencias de la Universidad de Virginia ha identificado una molécula orgánica que podría ser un sustituto eficaz y menos costoso de los catalizadores metálicos convencionales.

Las pilas de combustible que hacen posibles los vehículos eléctricos y los generadores industriales y residenciales y que se necesitan para almacenar la energía generada por el viento o el sol utilizan metales como el platino para desencadenar la reacción química que divide fuentes de combustible como el gas hidrógeno en protones y electrones que luego se aprovechan. como electricidad.

Hasta ahora, los sustitutos orgánicos de los catalizadores de metales raros no se consideraban prácticos porque el proceso de catálisis hace que se descompongan en componentes que ya no son útiles. En un artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society , sin embargo, los profesores asociados de química Charles Machan y Michael Hilinski, junto con el Ph.D. Las estudiantes Emma Cook y Anna Davis, identifican una molécula orgánica compuesta de carbono, hidrógeno, nitrógeno y flúor que tiene el potencial de ser un sustituto práctico.

La molécula no sólo puede iniciar la reducción de oxígeno, la reacción que tiene lugar dentro de la pila de combustible, dijo Machan; puede continuar reaccionando con los productos de la reacción y luego volver a su estado original.

"Estas moléculas son estables en condiciones en las que la mayoría de las moléculas se degradan y continúan alcanzando una actividad que iguala el nivel de los catalizadores de metales de transición", dijo Machan.

El hallazgo representa un importante paso adelante en la búsqueda de pilas de combustible eficientes que utilicen materiales más sostenibles y menos costosos de producir y podría dar lugar al desarrollo de la próxima generación de pilas de combustible en los próximos cinco a diez años, pero el equipo Los hallazgos son sólo el comienzo.

"Es posible que esta molécula en sí misma no se convierta en una celda de combustible", dijo Machan. "Lo que dice este hallazgo es que puede haber materiales catalíticos a base de carbono, y si se modifican aquellos con ciertos grupos químicos, se puede esperar convertirlos en grandes catalizadores para la reacción de reducción de oxígeno. El objetivo final es integrar las propiedades que hacer que esta molécula sea tan estable en un material a granel para suplantar el uso de platino."

Hilinski, cuyo grupo de investigación se centra en la química orgánica, destacó la importancia del carácter interdisciplinario del equipo de investigación. "Esta molécula que utilizamos como catalizador tiene una historia en mi laboratorio, pero siempre hemos investigado su uso en reacciones químicas que se realizan en moléculas mucho más grandes que contienen carbono, como los ingredientes activos de los medicamentos", dijo Hilinski. /P>

"Sin la experiencia de Charlie Machan, no creo que hubiéramos establecido la conexión con la química de las pilas de combustible."

El descubrimiento también podría tener implicaciones para la producción industrial de peróxido de hidrógeno, un producto doméstico que también se utiliza en la producción de papel y el tratamiento de aguas residuales.

"El proceso de producción de peróxido de hidrógeno es perjudicial para el medio ambiente y requiere mucha energía", afirmó Machan. "Requiere reformado del metano con vapor a alta temperatura para liberar el hidrógeno utilizado para generarlo".

Los hallazgos de su equipo también podrían mejorar el componente catalítico de ese proceso, lo que podría tener impactos positivos tanto en la industria como en el medio ambiente, así como en la tecnología de tratamiento de agua.

Hilinski también señaló que el descubrimiento y la colaboración que condujo a él podrían tener impactos que se extienden mucho más allá del almacenamiento de energía. "En general, una de las cosas más interesantes de este estudio es que, al electrificar el catalizador, hemos cambiado la forma en que reacciona. Esto es algo inesperado que también podría ser útil para la síntesis de medicamentos, algo que mi grupo de investigación está ansioso por explorar."

Machan, cuyo grupo de investigación se centra en la electroquímica molecular, también atribuye el descubrimiento a la naturaleza interdisciplinaria del equipo de investigación.

"Sin los conocimientos del grupo de Mike Hilinski para fabricar moléculas orgánicas estables que puedan sufrir el tipo de reacciones necesarias, el trabajo no habría sido posible. Esta molécula orgánica única nos permitió hacer algo que normalmente sólo los metales de transición pueden hacer". dijo Machan.