Financiado por:
/ Portada / IDi

Nanopartículas para deseñar catalizadores á medida e máis eficientes

12-11-2014 - I+D+i

Investigadores da Universidade Politécnica de Cataluña, a Universidade de Barcelona e o sincrotrón ALBA descubriron que os átomos reaccionan de xeito diferente en función das características do catalizador que se utilice. O avance abre a vía cara a novos catalizadores á medida para facer máis eficientes os vehículos e algúns procesos industriais.

Os catalizadores, utilizados no 95% dos procesos industriais e para eliminar a contaminación dos gases que emiten os vehículos con motores de combustión, son as substancias que fan que as reaccións químicas vaian máis rápido. O corpo humano tamén ten centos deles, pero en forma de encimas. Dende o punto de vista enerxético, a función do catalizador é reducir a enerxía necesaria para activar estas reaccións.

Agora, un equipo de investigadores encabezado por Jordi Llorca, do Centro de Investigación en Nanoenxeñaría (CRnE) e do Instituto de Técnicas Enerxéticas (INTE) -ambos os dous da Universidade Politécnica de Cataluña (UPC)- foi capaz de descubrir como se moven os átomos nun catalizador real, e demostrou que estes reaccionan de forma diferente en función do tipo de soporte que se utiliza.

Esta investigación, cuxos detalles se publican na revista Science, abre a porta ao deseño de novos catalizadores á medida para aplicacións enerxéticas e industriais e para a eliminación de gases contaminantes.

O catalizador que escolleron os investigadores contén nanopartículas metálicas (de rodio e paladio), preparadas polo grupo de Dendrímeros e Polígonos Moleculares da Universidade de Barcelona, que se fixaron a un soporte de óxido de cerio. Este catalizador é moi eficiente na produción de hidróxeno, un produto que pode substituír o uso dos combustibles fósiles antes de que se esgoten e permitir cambiar o modelo enerxético actual por un máis sostible e respectuoso co medio.

Os resultados desta investigación facilitan o camiño para obter hidróxeno da forma máis eficiente posible, concretamente a partir de auga e bioetanol, un recurso renovable e económico que se obtén doadamente a partir de residuos forestais e refugallos agrícolas.

Un paso para encontrar este camiño é coñecer como se comportan realmente os átomos e as nanopartículas nun catalizador, e comprobar se sempre o fan do mesmo xeito. Para realizar este experimento, os investigadores utilizaron a liña de luz CIRCE do sincrotrón ALBA, en Cerdanyola del Vallès, e concretamente a técnica de espectroscopia de fotoemisión a presión próxima á ambiente, Nappa (do inglés Near Ambiente Pressure Photoemission ).

Esta técnica foi desenvolvida polo grupo do profesor Miquel Salmerón a inicios do 2000 ao Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL, California, EUA). Única en España e só dispoñible en oito sincrotróns en todo o mundo, a estación experimental de Nappa do sincrotrón ALBA entrou en funcionamento en setembro de 2013 e estreouse con este experimento.

Ata agora, os investigadores lograran saber que pasaba cando as moléculas de auga e etanol se quentan a 550 graos centígrados, na cámara de espectroscopia fotoelectrónica de raios X (XPS) do Centro de Investigación en Nanoenxeñaría (CRnE) da UPC. Pero grazas ao uso do sincrotrón ALBA, os investigadores puideron coñecer con máis precisión o movemento dos átomos nas nanopartículas no momento das reaccións químicas, e descubriron que estas nanopartículas teñen un comportamento diferente segundo as características do soporte do catalizador, que poden afectar tanto á súa composición, coma á forma ou a nanoestrutura.

É dicir, "as nanopartículas saben onde están soportadas e reaccionan en consecuencia”, di o investigador, que destaca que este descubrimento "abre a porta a deseñar catalizadores á medida e máis eficientes, xa que poden desenvolverse ou adaptarse aos dispositivos xa existentes tendo en conta o proceso polo que se requiren".

No caso da produción do hidróxeno, o equipo descubriu que para producilo é necesario que os átomos do catalizador estean nunhas posicións determinadas. Estas posicións permiten o intercambio de electróns de forma adecuada entre as nanopartículas metálicas e o apoio de óxido de cerio no momento que rompen e forman novos enlaces químicos para producir o hidróxeno.

No caso, por exemplo, dos vehículos que utilizan motores de combustión (como coches, motos, avións ou barcos), que xa utilizan catalizadores con óxido de cerio, poderíanse deseñar nanoformas ou nanoestruturas novas, ou mesmo adaptar os xa existente para que sexan máis eficientes enerxeticamente.

 

Fonte: UPC/UB

Confederación Intersindical Galega - Miguel Ferro Caaveiro 10, Santiago de Compostela Versión anterior da páxina Foros Biblioteca RSS