Una ilustración del procedimiento de síntesis de las nanopartículas núcleo-capa y la posterior deposición de platino. Crédito:Abruna lab
(PhysOrg.com) - Las pilas de combustible pueden impulsar los coches del futuro, pero no basta con hacer que funcionen, tienen que ser asequibles. Los investigadores de Cornell han desarrollado una forma novedosa de sintetizar un material electrocatalítico de pila de combustible sin romper el banco.
La investigación, publicado en línea el 24 de noviembre en Revista de la Sociedad Química Estadounidense , describe un método simple para fabricar nanopartículas que impulsan las reacciones electrocatalíticas dentro de las celdas de combustible a temperatura ambiente.
Las pilas de combustible convierten la energía química directamente en energía eléctrica. Constan de un ánodo, que oxida el combustible (como el hidrógeno), y un cátodo, que reduce el oxígeno al agua. Una membrana de polímero separa los electrodos. Los coches de pila de combustible que se fabrican hoy en día utilizan platino puro para catalizar la reacción de reducción de oxígeno en el lado del cátodo. Si bien el platino es el catalizador más eficiente disponible en la actualidad para la reacción de reducción de oxígeno, su actividad es limitada, y es raro y caro.
Las nanopartículas de los investigadores de Cornell ofrecen una alternativa al platino puro a una fracción del costo. Están hechos de un núcleo de paladio y cobalto y recubiertos con una capa de platino de un átomo de espesor. Paladio, aunque no es un catalizador tan bueno, tiene propiedades similares al platino (está en el mismo grupo en la Tabla Periódica de Elementos; tiene la misma estructura cristalina; y es similar en tamaño atómico), pero cuesta un tercio menos y es 50 veces más abundante en la Tierra.
Investigadores liderados por Héctor D. Abruña, el Profesor E.M. Chamot de Química y Biología Química, hizo las nanopartículas en un sustrato de carbono e hizo que el núcleo de paladio-cobalto se autoensamblara, lo que redujo los costos de fabricación. Primera autora Deli Wang, un asociado postdoctoral en el laboratorio de Abruña, diseñó los experimentos y sintetizó las nanopartículas.
Imágenes de resolución atómica de la nanopartícula de paladio-cobalto, antes de la deposición de platino. Crédito:Laboratorio Muller
David Muller, profesor de física aplicada e ingeniería y codirector del Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala, dirigió los esfuerzos encaminados a obtener imágenes de las partículas hasta una resolución atómica para demostrar su composición química y distribución, y probar la eficacia de las conversiones catalíticas.
"La estructura cristalina del sustrato, La composición y distribución espacial de las nanopartículas juegan un papel importante en la determinación del rendimiento del platino. "dijo Huolin Xin, estudiante de posgrado en el laboratorio de Muller.
El trabajo fue apoyado por el Energy Materials Center en Cornell, un Centro de Investigación de Fronteras Energéticas respaldado por el Departamento de Energía. Los investigadores también utilizaron equipos del Centro de Investigación de Materiales de Cornell.
