Investigadores de la Ruhr-Universität Bochum y el Instituto Fritz Haber de Berlín han desarrollado un nuevo método para conservar catalizadores raros y costosos y utilizarlos con moderación. Encerraron una sal de metal precioso en diminutas micelas, y los golpeó contra un electrodo de carbón, recubriendo así la superficie con nanopartículas del metal precioso contenido en las micelas. Al mismo tiempo, el equipo analizó con precisión la cantidad de metal que se depositó. Luego, los investigadores demostraron que el electrodo recubierto de esta manera podría catalizar eficientemente la reducción de oxígeno, que es el proceso químico limitante en las pilas de combustible.

El equipo, dirigido por la profesora Kristina Tschulik y Mathies Evers del Bochum Research Group for Electrochemistry and Nanoscale Materials describe el proceso en la revista Angewandte Chemie , publicado en línea por adelantado el 11 de abril de 2019.

Produciendo partículas del mismo tamaño.

El grupo de investigación produjo las nanopartículas de oro con la ayuda de micelas. Las partículas inicialmente consistían en una sustancia precursora, ácido cloroáurico, que estaba envuelto en una capa exterior de polímero. El beneficio:"Cuando producimos nanopartículas de oro utilizando micelas, las nanopartículas son todas de un tamaño casi idéntico, "dice Kristina Tschulik, investigador principal del Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation (Resolv). Solo una cierta carga del material precursor, a partir del cual se produce una sola partícula de cierto tamaño, cabe dentro de la pequeña micela. "Como las partículas de diferentes tamaños tienen diferentes propiedades catalíticas, es importante controlar el tamaño de partícula mediante la cantidad de carga de la micela, "agrega Tschulik.

Revestimiento uniforme, incluso en superficies complejas

Para recubrir el electrodo cilíndrico, los investigadores lo sumergieron en una solución que contenía las micelas cargadas y aplicaron un voltaje al electrodo. El movimiento aleatorio de las micelas en la solución hizo que golpearan contra la superficie del electrodo con el tiempo.

Allí, la capa exterior se abrió de golpe y los iones de oro del ácido cloroáurico reaccionaron para formar oro elemental, que se adhirió a la superficie del electrodo como una capa uniforme de nanopartículas. "Solo los sustratos planos pueden recubrirse uniformemente con nanopartículas utilizando métodos estándar, "explica Tschulik." Nuestro proceso significa que incluso las superficies complejas se pueden cargar uniformemente con un catalizador ".

Cantidad separada controlable con precisión

Mientras que los iones de oro del ácido cloroáurico reaccionan para formar oro elemental, los electrones fluyen. Midiendo la corriente resultante, los químicos pueden determinar exactamente cuánto material se utilizó para revestir el electrodo. Al mismo tiempo, el método registra el impacto de cada partícula individual y su tamaño.

Los investigadores probaron con éxito la reacción de reducción de oxígeno de los electrodos recubiertos utilizando el nuevo proceso. Alcanzaron una actividad tan alta como la de las nanopartículas de oro desnudas sin capa exterior. Debido al recubrimiento uniforme de la superficie, también observaron una velocidad de reacción casi tan alta como la de los electrodos completamente cubiertos con electrodos de oro y oro sólido con una cobertura de solo once por ciento.