El platino se ha utilizado durante mucho tiempo como catalizador para permitir la reacción de reducción de oxidación en el centro de la tecnología de pilas de combustible. Pero el alto costo del metal es un factor que ha impedido que las celdas de combustible compitan con formas más baratas de alimentar automóviles y hogares.

Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un nuevo sistema catalítico a base de platino que es mucho más duradero que los sistemas comerciales tradicionales y tiene una vida útil potencialmente más larga. El nuevo sistema podría, en el largo plazo, Reducir el costo de producción de pilas de combustible.

En el estudio, que fue publicado el 15 de julio en la revista ACS Nano letras , los investigadores describieron una posible nueva forma de resolver una de las causas clave de la degradación de los catalizadores de platino, sinterización un proceso en el que las partículas de platino migran y se agrupan, reduciendo el área superficial específica del platino y provocando que la actividad catalítica disminuya.

Para reducir dicha sinterización, los investigadores idearon un método para anclar las partículas de platino a su material de soporte de carbono utilizando trozos del elemento selenio.

"Existen estrategias para mitigar la sinterización, como el uso de partículas de platino de tamaño uniforme para reducir la inestabilidad química entre ellas, "dijo Zhengming Cao, un estudiante graduado visitante en Georgia Tech. "Este nuevo método que utiliza selenio da como resultado una fuerte interacción metal-soporte entre el platino y el material de soporte de carbono y, por lo tanto, una durabilidad notablemente mejorada. Al mismo tiempo, las partículas de platino pueden usarse y mantenerse pequeñas para lograr una alta actividad catalítica a partir del área de superficie específica aumentada ".

El proceso comienza cargando esferas de selenio a nanoescala en la superficie de un soporte de carbono comercial. Luego, el selenio se funde a altas temperaturas para que se extienda y cubra uniformemente la superficie del carbono. Luego, el selenio se hace reaccionar con una sal precursora del platino para generar partículas de platino de menos de dos nanómetros de diámetro y distribuidas uniformemente por la superficie del carbono.

La interacción covalente entre el selenio y el platino proporciona un vínculo fuerte para anclar de manera estable las partículas de platino al carbono.

"El sistema catalítico resultante fue notable tanto por su alta actividad como catalizador como por su durabilidad, "dijo Younan Xia, profesor y presidente de la familia Brock en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y Emory University.

Debido al aumento de la superficie específica del platino a nanoescala, El nuevo sistema catalítico mostró inicialmente una actividad catalítica tres veces y media mayor que el valor prístino de un catalizador comercial de platino-carbono de última generación. Luego, el equipo de investigación probó el sistema catalítico mediante una prueba de durabilidad acelerada. Incluso después de los 20, 000 ciclos de barrido electropotencial, el nuevo sistema aún proporcionaba una actividad catalítica más de tres veces mayor que la del sistema comercial.

Los investigadores utilizaron microscopía electrónica de transmisión en diferentes etapas de la prueba de durabilidad para examinar por qué la actividad catalítica se mantuvo tan alta. Descubrieron que los anclajes de selenio eran efectivos para mantener la mayoría de las partículas de platino en su lugar.

"Después de los 20, 000 ciclos, la mayoría de las partículas permanecieron en el soporte de carbono sin desprendimiento ni agregación, ", Dijo Cao." Creemos que este tipo de sistema catalítico tiene un gran potencial como una forma escalable para aumentar la durabilidad y la actividad de los catalizadores de platino y, finalmente, mejorar la viabilidad del uso de pilas de combustible para una gama más amplia de aplicaciones ".