Nanocubo de platino mejora rendimiento de las pilas de combustible
Dos de los principales obstáculos para el éxito de los coches que funcionan con hidrógeno están relacionados con las pilas de combustible. Al igual que las baterías, las pilas de combustible producen energía eléctrica por medio de reacciones químicas, pero han sido descartadas por su baja eficacia y sus elevados costes de producción. Numerosos científicos han probado con una amplia variedad de metales y otros materiales sin lograr superar estos problemas.
Ahora, un equipo dirigido por Shouheng Sun, profesor de química de Brown, ha resuelto un dilema similar al del cubo de Rubik para utilizar platino, un metal precioso codiciado por su capacidad para potenciar una reacción química en las pilas de combustible. El equipo ha demostrado que dar al platino una forma de cubo mejora considerablemente su eficacia en una fase del funcionamiento de las pilas de combustible conocida como reacción de reducción del oxígeno. Los resultados de Sun se han publicado en línea en la revista Angewandte Chemie.
El platino ayuda a reducir la barrera energética (cantidad de energía necesaria para iniciar una reacción) en la fase de oxidación de una pila de combustible. También resulta de utilidad en el otro extremo de la pila de combustible, conocida como cátodo. Ahí, se sabe que el platino ayuda en la reducción del oxígeno, un proceso en el que los electrones arrancados a los átomos de hidrógeno se unen a los átomos de oxígeno para crear una carga eléctrica. La reacción es importante porque sólo produce agua. Este subproducto (en lugar del dióxido de carbono que origina el calentamiento global) es una de las principales razones por las que las pilas de hidrógeno son un campo de investigación tentador tanto para los fabricantes de coches como para los políticos.
Sin embargo, los científicos se han encontrado con dificultades a la hora de maximizar el potencial del platino en la reacción de reducción del oxígeno. Las barreras giran principalmente en torno a la forma y la superficie del área (geometría y geografía). Lo que Sun ha descubierto es que moldeando el platino en forma de cubo a nanoescala potencia su catálisis, es decir, impulsa la velocidad de una reacción química.
“Por primera vez, podemos controlar la morfología de la partícula para hacerla más similar a un cubo”, señaló Sun. “Anteriormente se tenía un control muy limitado sobre este proceso. Ahora hemos demostrado que se puede hacer de forma uniforme y coherente”.
Durante sus experimentos, Sun, junto con el estudiante de postgrado Chao Wang e ingenieros de la empresa japonesa Hitachi Maxwell Ltd., crearon formas cúbicas y poliédricas de diferentes tamaños añadiendo acetilacetonato de platino (Pt(acac)2) y cantidades traza de pentacarbonilo de hierro (Fe(CO)5) en rangos de temperatura específicos. El equipo observó que los cubos eran más eficaces como catalizadores, debido en gran parte a su estructura de superficie y su resistencia a ser absorbidos por el sulfato en la disolución de la pila de combustible. El próximo paso, según Sun, será construir una pila de combustible con una membrana electrolítica polimérica y en ella probar los nanocubos de platino como catalizadores.
Platinum nanocube improves fuel batteries performance
Two of the main obstacles for the succes of hydrogen cars are related with fuel batteries. As well as batteries, the fuel batteries produces electric energy by chemistry reactions, but those have been ruled out because the low efficiency and high production costs. Many scientifics have tried a wide metal variety and other materials but withou solving this problems.
Now a team directed by Shouheng Sun, Brown’s chemistry teacher, has resolved a similar trouble as Rubik’s cube in order to use the platinum, a precious metal wanted because of its ability to imporve chemistry reactions at fuel batteries. The team has proved that giving the platinum a cube form improves considerably its efficacy in a working phase of fuel batteries known as oxygen reduction reaction. Sun’s researches have been published at Angewandte Chemie magazine web.
Platinum helps energetic barrier (amount of energy needed to start a reaction) at the fuel battery rust phase. It also works on the other fuel batteries pole, known as cathode. In there is where you know that platinum helps oxygen reaction, a process in which the pulled out electrons from the hydrogen atoms link the oxygen atoms to create an electric charge. This reaction is important because it just produces water. This subproduct (instead of carbon dioxide which produces global warming) is one of the main reasons because of that fuel batteries are a temting investigation field for car manufacturers as well as politicians.
However, scientifics hvae found themselves with issues al the time of maximize platinum potencial at the oxygen redcution reaction. Barriers mainly resolves around the form and area surface (geometric and geographic). What Sun has discovered is that modeling platinum into a nanoscale cube form make higher its catalisys, that is to say, it drives the chemistry reaction speed.
“As first time, we can control the particle morphology in order to make it to look like a cube”, Sun said. Previously we had a limited control on this process. Now we have demonstrated that it is possible to make it in a coherent and uniform way.
During his experiments, Sun, with a postgrade student Chao Wang and japanese company Hitachi Maxwell Ltd. engineers, created different cubic sizes and polyhedron forms by adding platinum acetilacetonate (Pt(acac)2) and some aprts of iron penthacarbonile (Fe(CO)5) in specific temperatures ranges. The team realized that the cubes had more efficience as catalizers, because of its surface structure and its resistance of being swallowed by sulfate at fuel combustion disolution. Next step, according to Sun, will be to build a fuel battery with a polymeric eletrolitic membrane to test on it the platinum nanocubes as catalizers.
