Se determinó la actividad catalítica de las nanopartículas individuales de óxido de cobalto
Usando un brazo robótico
Analizar las nanopartículas individualmente es un desafío precisamente porque son muy pequeñas. Una nueva técnica que utiliza la microscopía electrónica y un brazo robótico podría hacer el proceso mucho más fácil.
Dos partículas de óxido de cobalto en un nanoelectrodo de carbono
© T. Quast, RUB
Las nanopartículas sin metales preciosos podrían servir como potentes catalizadores en el futuro, por ejemplo para la producción de hidrógeno. Para optimizarlas, los investigadores deben ser capaces de analizar las propiedades de las partículas individuales. Un nuevo método para esto ha sido sugerido por un equipo del Centro de Electroquímica de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) y el Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Duisburg-Essen (UDE). El grupo desarrolló un método utilizando 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, publicada en línea con antelación el 19 de noviembre de 2020.
Usando un brazo robótico para depositar las 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 el equipo de Duisburg-Essen, formado por el profesor Stephan Schulz y Sascha Saddeler, había sintetizado. En el experimento, las partículas catalizaron la llamada reacción de evolución del oxígeno. Durante la electrólisis del agua, se forman el hidrógeno y el oxígeno, siendo el paso limitante de este proceso la reacción parcial en la que se forma el oxígeno. Unos catalizadores más eficientes para la reacción de evolución del oxígeno simplificarían la eficiencia de la separación electroquímica del agua bajo la formación del 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, el Dr. Harshitha Barike Aiyappa, el Dr. Patrick Wilde, el Dr. Yen-Ting Chen y el Profesor Wolfgang Schuhmann analizaron partículas seleccionadas de óxido de cobalto primero microscópicamente y luego electroquímicamente. "Usando un brazo robótico móvil, podemos seleccionar nanopartículas individuales bajo el microscopio electrónico", explica Schuhmann. "La partícula seleccionada, que entonces ya conocemos microscópicamente, la colocamos en un diminuto electrodo para probar lo que puede hacer como catalizador". Los investigadores utilizan métodos electroquímicos para medir su actividad catalítica para la reacción de evolución del oxígeno.
La alta actividad catalítica
De esta manera, 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 evolución del oxígeno, y las densidades de corriente medidas superaron en más de 20 veces los electrolizadores alcalinos disponibles comercialmente", dice Stephan Schulz.
"Creemos que aplicando la metodología propuesta, el análisis de partículas individuales de materiales catalizadores ha alcanzado finalmente el punto de preparación y caracterización de muestras fiables y comparativamente sencillas, que son cruciales para establecer las relaciones estructura-función", escriben los autores en conclusión.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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