Los científicos de la Universidad de Rice han fabricado un catalizador duradero para celdas de combustible de alto rendimiento al unir átomos de rutenio individuales al grafeno.

Los catalizadores que impulsan la reacción de reducción de oxígeno que permite que las celdas de combustible conviertan la energía química en electricidad generalmente están hechos de platino. que hace frente a la naturaleza ácida del electrolito portador de carga de la celda. Pero el platino es caro y los científicos han buscado durante décadas un reemplazo adecuado.

La combinación de rutenio-grafeno puede encajar bien, dijo el químico James Tour, cuyo laboratorio desarrolló el material con sus colegas en Rice y en China. En pruebas, su rendimiento se equiparó fácilmente al de las aleaciones tradicionales a base de platino y superó al grafeno dopado con hierro y nitrógeno, otro contendiente.

Un artículo sobre el descubrimiento aparece en la revista American Chemical Society. ACS Nano .

"El rutenio es a menudo un catalizador muy activo cuando se fija entre matrices de cuatro átomos de nitrógeno, sin embargo, es una décima parte del costo del platino tradicional, ", Dijo Tour." Y dado que estamos usando sitios atómicos únicos en lugar de partículas pequeñas, no hay átomos enterrados que no puedan reaccionar. Todos los átomos están disponibles para la reacción ".

Esparcir átomos de rutenio individuales a través de una hoja de grafeno, la forma de carbono de un átomo de espesor, resultó ser bastante sencillo, Tour dijo. Implicaba dispersar óxido de grafeno en una solución, cargando una pequeña cantidad de rutenio y luego liofilizando la nueva solución y convirtiéndola en espuma.

Horneando eso a 750 grados Celsius (1, 382 grados Fahrenheit) en presencia de nitrógeno e hidrógeno, el gas redujo el grafeno y bloqueó los átomos de nitrógeno en la superficie, proporcionando sitios donde los átomos de rutenio podrían unirse.

Los materiales fabricados a temperaturas más altas y más bajas no eran tan buenos, y los hechos a la temperatura adecuada pero sin rutenio ni nitrógeno demostraron que la calidad de la reacción dependía de la presencia de ambos.

El material mostró una excelente tolerancia contra el cruce de metanol y el envenenamiento por monóxido de carbono en un medio ácido. ambos degradan la eficiencia de las pilas de combustible; tal degradación es un problema persistente con las pilas de combustible de platino tradicionales.