Un equipo de investigación ha logrado avanzar en la comprensión del comportamiento químico de los nanocatalizadores durante la catálisis, utilizando una combinación de espectromicroscopía en BESSY II y análisis microscópico en el NanoLab de DESY. Este estudio, que se publica en la revista ACS Nano, se centra en nanopartículas compuestas por un núcleo de platino y una capa de rodio, elementos clave en la mejora de la eficiencia de los catalizadores utilizados en el control de emisiones.
Las nanopartículas, que miden menos de una diezmilésima de milímetro de diámetro, presentan enormes áreas superficiales en relación con su masa, lo que las convierte en candidatas ideales para facilitar conversiones químicas. En particular, los catalizadores metálicos son utilizados en procesos que van desde la protección ambiental hasta la producción de combustibles sostenibles a partir de dióxido de carbono y hidrógeno.
Comportamiento de los nanocatalizadores en condiciones de operación
El platino es conocido por ser uno de los mejores catalizadores metálicos y se utiliza en la catálisis en fase gaseosa para el control de emisiones, como la conversión de monóxido de carbono en gases de escape de automóviles a dióxido de carbono no tóxico. Según Jagrati Dwivedi, primera autora del estudio, combinar partículas de platino con rodio puede aumentar aún más la eficiencia, siendo la ubicación de estos elementos un factor crucial en el proceso.
Los experimentos realizados en BESSY II han permitido a los investigadores observar cambios en la composición química de la superficie de los catalizadores durante su operación. El equipo, dirigido por el Dr. Thomas F. Keller, ha estudiado las nanopartículas cristalinas Pt-Rh y ha revelado que, bajo condiciones típicas de catálisis, parte del rodio de la capa exterior puede difundirse hacia el interior de las nanopartículas. Sin embargo, la mayor parte permanece en la superficie y se oxida, un proceso que depende en gran medida de la orientación de las facetas de las nanopartículas.
Las tasas de reacción también varían dependiendo de la orientación de estas facetas, siendo especialmente altas en aquellas que presentan múltiples escalones atómicos, donde los átomos se unen con mayor facilidad. Esta detallada análisis del comportamiento de oxidación contribuirá a la optimización de estos nanocatalizadores, que pueden experimentar cambios irreversibles durante su uso.
El estudio destaca la importancia de entender cómo se comportan los catalizadores a nivel microscópico, un aspecto que podría tener un impacto significativo en el desarrollo de tecnologías más limpias y eficientes. La investigación no solo proporciona información valiosa sobre las propiedades de los nanocatalizadores, sino que también subraya la necesidad de seguir explorando nuevas formas de mejorar los procesos catalíticos en un mundo que busca cada vez más soluciones sostenibles.
