Para hacer que las pilas de combustible de hoy en día sean menos costosas y más potentes, un equipo dirigido por ingenieros químicos de Johns Hopkins se ha inspirado en la antigua tradición egipcia del dorado.

Los artistas egipcios de la época del rey Tutankamón a menudo cubrían metales más baratos (cobre, por ejemplo) con una fina capa de un metal precioso reluciente como el oro para crear máscaras y joyas extravagantes. En un giro moderno, los investigadores dirigidos por Johns Hopkins han aplicado una pequeña capa de platino costoso de solo un nanómetro de espesor:100, 000 veces más delgado que un cabello humano, hasta un núcleo de cobalto mucho más barato. Este matrimonio microscópico podría convertirse en un catalizador crucial en nuevas celdas de combustible que generan corriente eléctrica para impulsar automóviles y otras máquinas.

El nuevo diseño de la celda de combustible ahorraría dinero porque requeriría mucho menos platino, un metal muy raro y caro que se utiliza comúnmente como catalizador en los coches eléctricos de pila de combustible actuales. Los investigadores, que publicaron su trabajo a principios de este año en Nano letras , dicen que al hacer que los autos eléctricos sean más asequibles, esta innovación podría frenar la emisión de dióxido de carbono y otros contaminantes de los vehículos que funcionan con gasolina o diesel.

"Esta técnica podría acelerar nuestro lanzamiento fuera de la era de los combustibles fósiles, "dijo Chao Wang, profesor asistente de Johns Hopkins en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular y autor principal del estudio. "No solo reducirá el costo de las pilas de combustible. También mejorará la eficiencia energética y el rendimiento energético de los vehículos eléctricos limpios propulsados ​​por hidrógeno".

En su artículo de revista, los autores se inclinaron ante los antiguos artesanos egipcios que usaban una técnica de enchapado similar para dar a las máscaras de cobre y otras obras de arte metálicas una lustrosa capa final de plata u oro. "La idea, "Wang dijo, "es poner un poco del precioso tesoro encima de las cosas baratas".

Señaló que el platino, de uso frecuente en joyería, también es un material crítico en la industria moderna. Cataliza reacciones esenciales en actividades que incluyen el procesamiento de petróleo, síntesis petroquímica, y control de emisiones en vehículos de combustión, y se utiliza en pilas de combustible. Pero, él dijo, El alto costo y la disponibilidad limitada del platino han hecho que su uso en tecnologías de energía limpia sea poco práctico, hasta ahora.

"Hay mucho más cobalto que platino, "dijo el autor principal y becario postdoctoral de Johns Hopkins, Lei Wang, que no está relacionado con Chao Wang. "Hemos podido ampliar significativamente los beneficios del platino al recubrirlo con cobalto, e incluso logramos mejorar la actividad del platino al mismo tiempo ".

Los primeros intentos de platear metales preciosos sobre materiales no preciosos se vieron obstaculizados en gran medida por reacciones de sustitución galvánica:la oxidación del metal no precioso. En este estudio, el equipo suprimió con éxito tales reacciones mediante la introducción de monóxido de carbono, una molécula de gas que se une fuertemente al cobalto, protegiéndolo de la oxidación.

Las nanopartículas de cobalto-platino no solo redujeron el uso de platino; se desempeñaron casi 10 veces mejor que el platino solo. Los investigadores dijeron que esta actividad catalítica mejorada resultó tanto de la exposición maximizada de los átomos de platino en la superficie como de las interacciones entre los dos metales.

"El contacto íntimo entre el cobalto y el platino da lugar a una tensión de compresión, ", Dijo Lei Wang." Acorta la distancia entre los átomos de platino y hace que las reacciones químicas sean más factibles en la superficie ".

Debido a que el platino y otros metales raros juegan un papel clave en muchas aplicaciones industriales, las implicaciones de este trabajo se extienden más allá de las pilas de combustible. En la actualidad, el equipo está trabajando para adaptar su técnica a otros metales preciosos y sustratos no preciosos. Los nuevos desarrollos se centrarán en nuevas aplicaciones de dichos materiales en conversiones químicas de hidrocarburos.

"Muchas reacciones que dependen de catalizadores de metales preciosos podrían resultar más baratas y efectivas aprovechando nuestra tecnología, ", Dijo Chao Wang." En un momento en que nos estamos volviendo dolorosamente conscientes de los límites de nuestras fuentes de energía y materiales no renovables, esta técnica nos apunta en una nueva dirección muy bienvenida ".