Las nanopartículas sin metales preciosos podrían servir como potentes catalizadores en el futuro, por ejemplo para la producción de hidrógeno. Para optimizarlos, los investigadores deben poder analizar las propiedades de las partículas individuales. Un nuevo método para esto ha sido sugerido por un equipo del Centro de Electroquímica de Ruhr-Universität Bochum (RUB) y el Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Duisburg-Essen (UDE).

El grupo desarrolló un método que utiliza un brazo robótico que les permite seleccionar partículas individuales bajo un microscopio electrónico y colocarlas en un nanoelectrodo para su análisis electroquímico. El método se describe en la revista Angewandte Chemie , publicado en línea con anterioridad al 19 de noviembre de 2020.

Usando un brazo robótico para depositar nanopartículas en el electrodo

Para los estudios, los científicos utilizaron partículas de óxido de cobalto en forma de hexágono con diámetros de 180 a 300 nanómetros, que había sintetizado el equipo de Duisburg-Essen formado por el profesor Stephan Schulz y Sascha Saddeler. En el experimento, las partículas catalizaron la llamada reacción de desprendimiento de oxígeno. Durante la electrólisis del agua, se forman hidrógeno y oxígeno, siendo actualmente el paso limitante de este proceso la reacción parcial en la que se forma el oxígeno. Catalizadores más eficientes para la reacción de desprendimiento de oxígeno simplificarían la eficacia de la división electroquímica del agua bajo la formación de hidrógeno. Se supone que los catalizadores de nanopartículas ayudan con esto. Dado que su actividad catalítica depende a menudo de su tamaño o forma, es importante comprender las propiedades de las partículas individuales para encontrar los catalizadores óptimos.

El equipo de Bochum formado por Thomas Quast, Dr. Harshitha Barike Aiyappa, Dr. Patrick Wilde, El Dr. Yen-Ting Chen y el profesor Wolfgang Schuhmann analizaron primero microscópicamente partículas de óxido de cobalto seleccionadas, luego electroquímicamente. "Con un brazo robótico móvil, podemos seleccionar nanopartículas individuales bajo el microscopio electrónico, "Explica Schuhmann." La partícula seleccionada, que entonces ya conocemos microscópicamente, colocamos en un pequeño electrodo para probar lo que puede hacer como catalizador ”. Luego, los investigadores usan métodos electroquímicos para medir su actividad catalítica para la reacción de desprendimiento de oxígeno.

Alta actividad catalítica.

De este modo, los químicos analizaron varias partículas individuales. Como conocían el tamaño y la orientación del cristal de una partícula, pudieron relacionar la actividad catalítica con el número de átomos de cobalto. "Aquí, las partículas mostraron actividades notablemente altas en la reacción de desprendimiento de oxígeno, y las densidades de corriente medidas excedieron los electrolizadores alcalinos disponibles comercialmente en más de 20 veces, "dice Stephan Schulz.

"Creemos que al aplicar la metodología propuesta, El análisis de partículas individuales de materiales catalíticos finalmente ha alcanzado el punto de una preparación y caracterización de muestras confiable y comparativamente simple, que son cruciales para establecer relaciones estructura-función, "Los autores escriben en conclusión.