(Phys.org) —Durante cientos de años, los alquimistas han intentado convertir los metales básicos en preciosos. Aunque nunca conviertan el plomo en oro, Los científicos han descubierto una manera de convertir una nanopartícula rica en níquel en un "nanoframe" rico en platino que podría dar forma al desarrollo de las pilas de combustible y otras tecnologías electroquímicas.

Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley se unieron para convertir poliedros de platino-níquel en marcos desnudos que tenían un contenido de platino mucho más rico. El químico físico de Argonne Vojislav Stamenkovic, y el investigador de Lawrence Berkeley y profesor de UC Berkeley, Peidong Yang, dirigieron el equipo de investigación que ha proporcionado a los científicos un nuevo enfoque de la catálisis.

"Los poliedros han sido las nanoestructuras habituales utilizadas durante décadas para la investigación de catálisis, "Nuestra investigación muestra que puede haber otras opciones disponibles", dijo Stamenkovic.

El platino es un agente catalítico muy activo, haciéndolo deseable para los investigadores que buscan nuevos materiales para pilas de combustible y baterías de metal-aire, entre otras tecnologías. Desafortunadamente, debido a su naturaleza rara y cara, los investigadores han tenido que encontrar formas de utilizarlo de la forma más eficaz posible. En la configuración de poliedro, muchos de los preciados átomos de platino estaban enterrados y eran inalcanzables en la mayor parte de la nanopartícula.

Al erosionar el interior de la nanopartícula mediante un proceso químico, los investigadores pudieron crear un nanoframe, un esqueleto del poliedro original que conservaba los bordes relativamente ricos en platino. Mientras que el poliedro original constaba de tres átomos de níquel por cada uno de platino, los nanoframes tenían, de media, las proporciones inversas.

La elección de utilizar nanoformas en lugar de poliedros otorgó a los investigadores una ventaja adicional importante. En lugar de tener que entrar en contacto con la superficie de la nanopartícula, Las moléculas catalizadas podrían entrar en contacto con él desde cualquier dirección, incluido lo que solía ser el interior de la estructura. Esto aumentó la superficie disponible para que tuvieran lugar las reacciones.

"Con marcos, Abrimos completamente la estructura y nos deshicimos de los átomos enterrados no funcionales. Todavía hay una cantidad sustancial de sitios activos en los nanoframe a los que se puede acceder desde cualquier dirección, ", Dijo Stamenkovic.

Después de erosionar el material, los científicos de Argonne y Berkeley querían garantizar su estabilidad en las duras condiciones Entorno electroquímico altamente exigente. Para hacerlo crearon una "segunda piel" de platino sobre el nanoframe, aumentando su durabilidad.

Según Yang, los marcos de nanocatalizadores ofrecen una serie de ventajas. "A diferencia de otros procedimientos de síntesis para nanoestructuras huecas que implican corrosión inducida por agentes oxidantes agresivos o potencial aplicado, nuestro método procede espontáneamente en el aire, ", dijo." La estructura abierta de nuestros nanoframas de platino / níquel aborda algunos de los principales criterios de diseño para los electrocatalizadores avanzados a nanoescala, incluyendo una alta relación superficie-volumen, Accesibilidad molecular de la superficie en 3-D y reducción significativa de la utilización de metales preciosos ".

"Nuestros resultados describen una nueva clase de materiales basados ​​en la arquitectura abierta del nanoframe hueco y su perfil de composición superficial bien definido, "Agregó Stamenkovic." La técnica para hacer estos nanoframas huecos se puede aplicar fácilmente a otros electrocatalizadores multimetálicos o catalizadores en fase gaseosa. Somos bastante optimistas sobre su viabilidad comercial ".

En la edición del 27 de febrero de Science Express y se publicará próximamente en Ciencias .