Un químico de la RUDN ha sintetizado un electrocatalizador basado en nanopartículas de oro con ligandos orgánicos que pueden desencadenar reacciones de producción de hidrógeno y reacciones de reducción de oxígeno en las pilas de combustible. El rendimiento de los productos con el nuevo catalizador fue dos veces mayor que cuando se usa un catalizador tradicional a base de platino. El artículo fue publicado en Revista de Química de Materiales A .

Catalizadores basados ​​en nanopartículas metálicas, por ejemplo, oro o platino, son necesarios para las reacciones en las pilas de combustible y en la producción industrial de hidrógeno. Si moléculas orgánicas, ligandos, están adheridos a nanopartículas, se puede incrementar la actividad del catalizador. Sin embargo, Ha habido pocos artículos que investiguen las capacidades de tales catalizadores hasta ahora.

Rafael Luque, un químico de la RUDN, sintetizó un catalizador a base de nanopartículas de oro estabilizadas con citrato, una sal de ácido cítrico. Para obtener nanopartículas de oro en complejo con otras sustancias orgánicas, Se realizó un intercambio de ligandos basado en un gradiente de concentración. Para esto, las nanopartículas se incubaron en una solución de un nuevo ligando, y luego se centrifugan para precipitar las nanopartículas formadas con ligandos unidos.

Durante el experimento de reacciones de reducción de oxígeno, los químicos encontraron un efecto significativo del tipo de ligando y su interacción con la superficie del oro sobre la absorción de O ₂ moléculas. Las nanopartículas de oro con citrato demostraron ser las mejores en estas reacciones. La densidad de corriente límite de este tipo de catalizador (5,58 miliamperios por centímetro cuadrado) era dos veces mayor que la de las nanopartículas con otros ligandos. Esto significa que con el mismo consumo de energía, este catalizador producirá más oxígeno.

En reacciones de producción de hidrógeno, la mejor actividad catalítica, así como en reacciones de reducción de oxígeno, fue demostrado por nanopartículas de citrato. Es más, su eficiencia era solo la mitad de la eficiencia de un catalizador de platino, que supera significativamente el costo del análogo de oro.

El estudio de las estructuras mostró que las nanopartículas de oro con citrato perdieron algunos de sus ligandos, mientras que las nanopartículas con bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) y ácido mercaptoundecanoico (MUA) permanecieron casi sin cambios. Esto puede deberse a la diferente fuerza de los enlaces entre el oro y los ligandos orgánicos. Para probar la estabilidad, que es una de las características más importantes de los catalizadores, todas las muestras fueron probadas durante 12 horas bajo un voltaje que excedió significativamente el óptimo. Todas las nanopartículas conservaron su estructura después de la prueba; es más, las nanopartículas de oro con citrato mejoraron sus características electrocatalíticas. Esto puede indicar que los nuevos tipos de catalizadores funcionarán eficazmente en funcionamiento continuo.

Debido a la estabilidad de los nuevos catalizadores, estos tienen un potencial interesante para ser empleados en la industria en el futuro. El método de intercambio de ligandos desarrollado por los químicos puede encontrar aplicación en la síntesis de catalizadores con propiedades predeterminadas adecuadas para fuentes de energía renovables basadas en hidrógeno.