Resolver el caso del platino desaparecido
Durante casi dos décadas, los científicos han intentado comprender cómo se corroen los electrodos de platino polarizados negativamente, un costoso misterio que asola los electrolizadores de agua, una prometedora tecnología energética para producir hidrógeno, así como los sensores electroquímicos que utilizan electrodos de platino.
Visualización desde arriba de una superficie de platino durante la corrosión catódica. Los átomos de platino e hidrógeno se representan en blanco y negro, respectivamente. Los triángulos azules y morados indican dónde se han unido los átomos de hidrógeno a los de platino.
Selwyn Hanselman/Leiden University
Ahora, una estrecha colaboración entre investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y la Universidad de Leiden ha identificado por fin al culpable, lo que podría allanar el camino hacia una producción de energía de hidrógeno más barata y unos sensores electroquímicos más fiables.
Los electrolizadores y muchos otros dispositivos electroquímicos suelen basarse en electrodos de platino polarizados negativamente y sumergidos en un electrolito, básicamente agua salada. Se trata de una opción cara pero duradera y, por lo general, estable, "pero que sea bastante estable no significa que no se degrade", afirma Dimosthenis Sokaras, científico titular de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) e investigador principal del equipo del SLAC.
En la mayoría de los metales, la polarización negativa protege contra la corrosión. Pero los electrodos de platino pueden descomponerse rápidamente en estas condiciones, una extraña peculiaridad que ha desconcertado a los científicos.
"Si tomamos un trozo de platino y le aplicamos un potencial muy negativo, podemos disolver el platino en cuestión de minutos", explica Marc Koper, catedrático de Catálisis y Química de Superficies de la Universidad de Leiden e investigador principal del equipo de Leiden.
Dos destacadas teorías habían intentado explicar este proceso. Algunos científicos pensaban que la culpa era de los iones de sodio de la solución electrolítica. Estos iones se introducían en la red atómica del platino y formaban platínidos (átomos de platino con iones de sodio cargados positivamente) que se desprendían. Otros sugirieron un proceso similar, pero apuntaron a que los iones de sodio e hidrógeno -es decir, los protones- trabajaban juntos para producir hidruros de platino.
El equipo de investigación sabía que necesitaría observar de algún modo el platino mientras se corroía en un electrolito y producía gran cantidad de hidrógeno. Para ello, el equipo recurrió al SSRL, donde los investigadores han desarrollado técnicas de espectroscopia de rayos X de alta resolución energética que pueden penetrar en el electrolito y filtrar otros efectos, lo que permite a los investigadores centrarse en los cambios sutiles en el electrodo de platino in operando, o durante el funcionamiento.
"Para nosotros, la espectroscopia de absorción de rayos X de alta resolución energética era la única técnica que podíamos utilizar en las condiciones experimentales", explica Thom Hersbach, científico del SLAC.
Además, el equipo desarrolló una "célula de flujo" especial, explicó Sokaras, que podía eliminar las burbujas de hidrógeno que se formaban durante el funcionamiento del electrodo e interferir en el experimento con rayos X.
Gracias a estas capacidades, el equipo pudo observar por primera vez la corrosión activa del platino, registrando espectros de rayos X de la superficie del electrodo polarizada negativamente.
Antes de realizar el experimento, los investigadores tenían la corazonada de que los hidruros eran los responsables de la corrosión, pero tuvieron que analizar los datos durante varios años antes de poder demostrar esta hipótesis.
"Hicieron falta montones y montones de iteraciones diferentes para intentar averiguar cómo capturar con precisión lo que estaba ocurriendo". afirma Hersbach.
Utilizando modelos computacionales de hidruros y platínidos de platino, los investigadores simularon los espectros que esperarían ver de cada estructura bajo el haz de rayos X del SSRL. La comparación de los numerosos espectros simulados con los resultados de su experimento confirmó que sólo el hidruro de platino podría haber producido sus resultados. "Al avanzar en las fronteras de la ciencia de los rayos X, el SSRL ha desarrollado métodos operando que, combinados con la supercomputación moderna, nos permiten abordar cuestiones científicas que se plantean desde hace décadas", afirma Sokaras.
Ahora, los hallazgos del equipo pueden utilizarse para desarrollar soluciones a la corrosión del platino en electrolizadores y muchos otros dispositivos electroquímicos. El proyecto, dice Koper, "demuestra lo importante que es en ciencia aunar muchos conocimientos".
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.
Publicación original
Thomas J. P. Hersbach, Angel T. Garcia-Esparza, Selwyn Hanselman, Oscar A. Paredes Mellone, Thijs Hoogenboom, Ian T. McCrum, Dimitra Anastasiadou, Jeremy T. Feaster, Thomas F. Jaramillo, John Vinson, Thomas Kroll, Amanda C. Garcia, Petr Krtil, Dimosthenis Sokaras, Marc T. M. Koper; "Platinum hydride formation during cathodic corrosion in aqueous solutions"; Nature Materials, 2025-1-22
Más noticias del departamento ciencias
