(Foto: Getty Images / BBC)
Un equipo dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en los EE.UU. diseñó un catalizador altamente activo que contiene cobalto intercalado con nitrógeno y carbono y, por lo tanto, no depende del platino para estimular la reacción química necesaria.
En un artículo publicado en la revista Nature Catalysis, los científicos explican que su invento es cuatro veces más duradero que los catalizadores de estructura similar hechos de hierro -otro sustituto del platino-.
En su opinión, sus hallazgos son prometedores para las pilas de combustible en el transporte, ya que las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones emparejadas con hidrógeno requieren catalizadores muy activos para que la reacción química -la reacción de reducción de oxígeno que hace que una pila de combustible funcione eficientemente- tenga lugar.
Los investigadores comenzaron a estudiar el cobalto porque, aunque el PGM tiende a ser el material catalizador más común para las pilas de combustible PEM, es muy caro, mientras que otras opciones, como los metales de transición, se degradan rápidamente en el entorno de la pila de combustible de membrana de intercambio de protones ácida.
“Sabíamos que la configuración del cobalto con nitrógeno y carbono era clave para la eficacia de la reacción del catalizador y que la densidad del sitio activo era de vital importancia para el rendimiento”, dijo Yuyan Shao, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa. “Nuestro objetivo era mejorar realmente la actividad de reacción de los catalizadores basados en el cobalto”.
Shao explicó que él y su equipo inmovilizaron las moléculas basadas en el cobalto en los microporos de las estructuras zeolíticas de imidazolato, que sirvieron como cercas protectoras para disminuir la movilidad de los átomos de cobalto y evitar que se agruparan. Luego utilizaron la pirólisis a alta temperatura para convertir los átomos en sitios catalíticamente activos dentro del marco.
Dentro de esta estructura, descubrieron que la densidad de los sitios activos aumentaba significativamente, elevando a su vez la actividad de reacción. Con ello se logró la mayor actividad en las pilas de combustible registrada hasta la fecha en los catalizadores sin metales del grupo del platino y sin hierro.
El equipo también descubrió, por primera vez, diferencias significativas en la desmetalización, donde los iones metálicos son lixiviados fuera del catalizador y ese catalizador entonces pierde actividad. También encontraron que los radicales de oxígeno del peróxido de hidrógeno, un subproducto de la reducción de oxígeno en las celdas de combustible, atacan los catalizadores y causan pérdida de rendimiento.
“Al final, fuimos capaces no sólo de mejorar la actividad del catalizador basado en cobalto, sino que mejoramos significativamente la durabilidad”, dijo Shao. “Nuestra investigación posterior nos llevó a descubrir los mecanismos que típicamente degradan este tipo de catalizadores”.
Fuente: Mining.com
