Determinación de la actividad de partículas de catalizadores libres de metales nobles

08.10.2019 - Alemania

Las nanopartículas libres de metales nobles podrían servir como catalizadores para la producción de hidrógeno a partir de agua. Debido a que son tan pequeños, sus propiedades son difíciles de determinar.

Los químicos han desarrollado un nuevo método con el que pueden caracterizar catalizadores individuales de nanopartículas libres de metales nobles. Las partículas podrían ser una alternativa barata a los catalizadores de metales preciosos para la obtención de hidrógeno a partir de agua mediante electrólisis. "Para desarrollar nanopartículas efectivas, necesitamos entender cómo la estructura y la actividad de partículas individuales o pequeños grupos de partículas se relacionan entre sí", dice el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica de la Ruhr-Universität Bochum. Describe un nuevo método de medición para este fin junto con los investigadores Tsvetan Tarnev y Dr. Harshitha Barike Ayappa de Bochum y la profesora Corina Andronescu de la Universidad de Duisburg-Essen y otros colegas en la revista "Angewandte Chemie" del 1 de octubre de 2019.

Hasta ahora, existen pocas técnicas disponibles para medir la actividad catalítica del individuo o de unas pocas nanopartículas. "Las corrientes que hay que medir son extremadamente pequeñas, y hay que encontrar una o pocas nanopartículas para poder medirlas de forma reproducible", explica Schuhmann. El equipo de investigación, que coopera en el marco de la Alianza Universitaria del Ruhr, ha demostrado que estos análisis también son posibles con un alto rendimiento, es decir, con microscopía de células electroquímicas de barrido.

Desarrollo de un nuevo sistema de referencia

Hasta ahora, el método no se había utilizado para este propósito porque las nanopartículas tenían que ser probadas bajo condiciones químicas exigentes y, por lo tanto, se producían grandes imprecisiones en las mediciones. Esto hizo imposible una interpretación fiable de los resultados. En su trabajo actual, los investigadores desarrollaron un nuevo sistema de referencia para escanear la microscopía electroquímica celular. Mediante el uso inteligente de un patrón interno estable, eliminaron las imprecisiones de medición y permitieron mediciones de larga duración en las condiciones dadas con un alto rendimiento.

Análisis de nanopartículas de fabricación propia

Los investigadores produjeron partículas de carbono con inclusiones de nitrógeno y cobalto sobre carbono vítreo, estando las partículas presentes en la superficie ya sea individualmente o en grupos de unas pocas partículas. En un solo experimento, pudieron utilizar la microscopía electroquímica de barrido para determinar la actividad electroquímica de todas estas partículas individuales o grupos de partículas.

Las partículas catalizaron la llamada reacción de evolución del oxígeno. La electrólisis del agua produce hidrógeno y oxígeno - el paso limitante en este proceso es actualmente la reacción parcial en la que se desarrolla el oxígeno; catalizadores más eficientes para esta reacción parcial facilitarían la producción de hidrógeno.

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Publicación original

Tsvetan Tarnev, Harshitha Barike Aiyappa, Alexander Botz, Thomas Erichsen, Andrzej Ernst, Corina Andronescu, Wolfgang Schuhmann; "Scanning electrochemical cell microscopy investigation of single ZIF‐derived nanocomposite particles as electrocatalysts for oxygen evolution in alkaline media"; Angewandte Chemie International Edition; 2019

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