Han sintetizado electrocatalizadores a base de oro

Un químico de la RUDN (Rusia) ha sintetizado un electrocatalizador de nanopartículas de oro con ligandos orgánicos que pueden iniciar las reacciones tanto para obtener hidrogeno como para reducir el oxígeno en las células de combustible. El rendimiento de los productos con el nuevo catalizador fue el doble en comparación con el uso de un catalizador tradicional a base de platino. El artículo fue publicado en Journal of Materials Chemistry A.

Catalizadores basados ​​en nanopartículas metálicas, por ejemplo, oro o platino, son necesarios para las reacciones en las células de combustible y para la producción industrial de hidrógeno. De unir las nanopartículas a las moléculas orgánicas - los ligandos, se puede incrementar la actividad del catalizador. Sin embargo, hasta ahora ha habido pocos trabajos que investigarían las capacidades de tales catalizadores.

El científico de la RUDN, Rafael Luque, ha sintetizado un catalizador a base de nanopartículas de oro estabilizadas con citrato, una sal de ácido cítrico. Para obtener un complejo con otras sustancias orgánicas, se realizó un intercambio de ligandos basado en un gradiente de concentración. Para ello, las nanopartículas se incubaron en una solución de un ligando nuevo, y luego se centrifugaron para precipitar las nanopartículas obtenidas con ligandos unidos.

En un experimento en reacciones de reducción de oxígeno, los investigadores han encontrado un impacto significativo del tipo de ligando y su interacción con la superficie de oro en la absorción de las moléculas de O2. Las nanopartículas de oro con citrato fueron los sistemas más apropiados para estas reacciones. La densidad de corriente limitante de este tipo de catalizador (5,58 miliamperios por centímetro cuadrado) fue dos veces mayor que las nanopartículas con otros ligandos. Esto significa que con el mismo consumo de energía, este catalizador producirá más oxígeno.

(Foto: RUDN)

En las reacciones de producción de hidrógeno, las nanopartículas de citrato demostraron la mejor actividad catalítica, así como en las reacciones de reducción de oxígeno. Además, su eficiencia resultó ser solo la mitad de la eficiencia de un catalizador de platino, que excede significativamente el costo equivalente de oro.

El estudio de las estructuras ha mostrado que las nanopartículas de oro con citrato perdieron algunos de sus ligandos, mientras que las nanopartículas con bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) y ácido mercaptoundecanoico (MUA) permanecieron casi sin cambios. Esto se debe a la diferente fuerza de los enlaces entre el oro y los ligandos orgánicos. Para probar la estabilidad, que es una de las características más importantes de los catalizadores, todas las muestras se analizaron durante 12 horas bajo un voltaje que excedió el óptimo significativamente. Todas las nanopartículas conservaron su estructura después de la prueba; además, las nanopartículas de oro con citrato mejoraron sus características electrocatalíticas. Esto puede indicar que los tipos nuevos de catalizadores funcionarán de manera efectiva en condiciones de operación continua.

Debido a la estabilidad de los nuevos catalizadores, ellos mismos y sus análogos poseen un gran potencial para un futuro uso a nivel industrial. El método de intercambio de ligandos desarrollado por los químicos se puede usar en la síntesis de catalizadores con propiedades predeterminadas adecuadas para fuentes de energía renovables basadas en hidrógeno. (Fuente: RUDN)