Nuevo método para generar nanopartículas metálicas catalizadoras

Unos científicos han dado con un nuevo método de generación de nanopartículas metálicas para su uso como catalizadores. El método, más sostenible y económico que los utilizados actualmente para obtener estos nanocatalizadores, destaca por sus aplicaciones en almacenamiento y conversión de energía renovable.

El avance es obra de investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), así como el Instituto de Aplicaciones de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones Avanzadas (ITACA), dependiente de la UPV, en España todas estas instituciones.

El nuevo método permite una fabricación más sostenible y barata de nanocatalizadores metálicos, con un gran potencial en el sector industrial y cuyo uso contribuiría a la descarbonización del sector.

Este nuevo método está basado en el proceso de exsolución activado por radiación de microondas. La exsolución es un método de generación de nanopartículas metálicas sobre la superficie de materiales cerámicos. “En condiciones de temperaturas elevadas y atmósferas reductoras (normalmente hidrógeno), átomos metálicos de la propia estructura del material migran a su superficie, formando allí nanopartículas metálicas ancladas a la superficie. Este anclaje aumenta significativamente la resistencia y estabilidad de estas nanopartículas, lo que repercute positivamente en la eficacia de estos catalizadores”, explica Beatriz García Baños, investigadora del Área de Microondas del ITACA.

En el nuevo estudio, los investigadores del CSIC y la UPV han demostrado que, gracias al uso de la radiación de microondas, este proceso se puede llevar a cabo a temperaturas más moderadas y sin necesidad de emplear atmósferas reductoras.

“De esta forma, se pueden generar nanocatalizadores activos de níquel, en un proceso de exsolución más eficiente energéticamente. Estos catalizadores han demostrado ser activos y estables para la reacción de producción de CO a partir de CO₂, obteniéndose un producto de interés industrial y que contribuye a la descarbonización del sector”, destaca Alfonso Juan Carrillo del Teso, investigador del CSIC en el Grupo de Conversión y Almacenamiento de Energía del ITQ.

Miembros del equipo de investigación. (Foto: UPV)

El proceso de exsolución demostrado en nanopartículas de níquel se ha realizado a temperaturas alrededor de 400 grados centígrados y en tiempos de exposición de pocos segundos, mientras que el procedimiento convencional de exsolución en estos materiales ocurre a temperaturas de 900 grados centígrados, con tiempos de unas 10 horas. Además, esta tecnología permite realizar la exsolución sin hacer uso de hidrógeno.

“Por todas estas razones mejoramos la sostenibilidad del proceso. Además, al poder obtener los catalizadores usando temperaturas más suaves y menores tiempos de exposición, reducimos los costes del proceso, en lo que influye también el no tener que usar hidrógeno como gas reductor”, añade García Baños.

El método desarrollado por el equipo del CSIC y la UPV está ideado fundamentalmente para su uso en procesos catalíticos de alta temperatura para almacenamiento y conversión de energía renovable. También podría aplicarse en reacciones de reformado de biogás para la producción de gas de síntesis (precursor de combustibles líquidos), reacciones de hidrogenación de CO₂ aplicables a los sistemas Power-to-X, funcionalización de electrodos para pilas de combustible y/o electrolizadores de alta temperatura. (Fuente: Isidoro García / CSIC)