Predicción del rendimiento de los catalizadores
Premio al Electroquímico
La electricidad verde debe estar disponible cuanto antes, en el mejor de los casos, en todas las tomas de corriente: los procesos electroquímicos son la base de una energía sostenible, pero necesitan nuevos materiales catalizadores de alto rendimiento. Los cálculos teóricos ayudan a evitar los callejones sin salida y a centrarse en los candidatos más prometedores. Un químico de la Universidad de Duisburgo-Essen (UDE) ha mejorado decisivamente esta predicción del rendimiento y ahora ha recibido un premio por sus logros. Ha publicado su trabajo en la revista especializada Electrochimica Acta.
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La división electroquímica del agua en oxígeno y en el portador de energía hidrógeno y el uso de este último en una pila de combustible son sólo dos ejemplos de procesos que requieren materiales catalizadores de alto rendimiento. El Dr. Kai S. Exner puede ahora predecir con mayor precisión el rendimiento real de una combinación de materiales que parece prometedora para este fin. Posteriormente, sus colegas del Centro de Nanointegración Duisburg-Essen (CENIDE) pueden iniciar la producción, potencialmente compleja y costosa, y las pruebas experimentales iniciales.
Tradicionalmente, los químicos teóricos utilizan el "principio de Sabatier" para predecir la actividad. Este concepto inspecciona las fuerzas de unión de los intermedios formados durante la reacción. El intermediario que más se desvía de una fuerza de unión media es el factor limitante al que hay que prestar especial atención durante el desarrollo posterior en el laboratorio.
El principio perfeccionado considera todos los pasos e incluye el potencial del electrodo
Inicialmente, este principio se desarrolló para la catálisis térmica. Por lo tanto, ignora el hecho de que los pasos de la reacción en la electrocatálisis están controlados por el potencial de electrodo aplicado, que a su vez influye en la fuerza de enlace de los intermedios. En el marco de su investigación para el Centro de Investigación Colaborativa 247 "Catálisis de oxidación heterogénea en fase líquida", Exner pudo ampliar el principio de Sabatier incluyendo en el análisis el potencial de electrodo aplicado y considerando también todos los pasos de la reacción en lugar de uno solo.
"La teoría y los cálculos de los modelos deben estar siempre lo más cerca posible del experimento", explica Exner. "Mi investigación mejora significativamente esta relación y permite mejorar las predicciones, pero también permite hacer afirmaciones sobre cómo optimizar los materiales ya existentes".
Exner recibió el premio Joachim Walter Schultze de la "Arbeitsgemeinschaft Elektrochemischer Forschungsinstitutionen" por sus publicaciones pioneras en la materia.
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Publicación original
K. S. Exner; „Why approximating electrocatalytic activity by a single free-energy change is insufficient“; Electrochim. Acta; 2021, 375, 137975.
K. S. Exner; „A Universal Descriptor for the Screening of Electrode Materials for Multiple-Electron Processes: Beyond the Thermodynamic Overpotential“; ACS Catal.; 2020, 10, 12607-12617.
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