TIANJIN, 14 de julio (Xinhua) — Investigadores chinos han desarrollado una tecnología de pulsos térmicos a escala de milisegundos que permite la síntesis ultrarrápida y el control preciso de catalizadores del grupo del platino, lo que se espera que impulse los objetivos de reducción de carbono y la estrategia de seguridad energética de China.
El equipo de investigación de la Universidad de Tianjin propuso una estrategia de ensamblaje transitorio para la preparación de catalizadores de núcleo-corteza de metales del grupo del platino, ofreciendo una nueva vía para mejorar el rendimiento de las pilas de combustible de hidrógeno y promover las tecnologías de energía verde. Los hallazgos se publicaron en la revista Science el 10 de julio.
Hu Wenbin, profesor de la Universidad de Tianjin y autor principal del artículo, afirmó que la nueva tecnología proporciona un nuevo enfoque para la síntesis precisa y eficiente de catalizadores de metales nobles con estructuras finas.
«Ofrece un sólido apoyo técnico a las industrias estratégicas de China, incluyendo el hidrógeno verde y los materiales energéticos avanzados, y puede contribuir a los objetivos de reducción de carbono y a la estrategia de seguridad energética del país», dijo Hu.
Los catalizadores del grupo del platino desempeñan un papel fundamental en las industrias energética, química y medioambiental modernas. La construcción de estructuras de núcleo-corteza compuestas de metales del grupo del platino y metales no preciosos con alta eficiencia y precisión es clave para lograr una elevada actividad catalítica y, al mismo tiempo, reducir el uso de metales preciosos.
Estas estructuras pueden activar el alto rendimiento catalítico de los metales del grupo del platino mediante el acoplamiento atómico en la interfaz núcleo-corteza, lo que induce una tensión reticular y efectos de ligando finamente ajustados.
Según el estudio, este nuevo enfoque representa una innovación fundamental en el mecanismo de síntesis y aporta mejoras importantes a la fabricación de catalizadores.
Los métodos de síntesis convencionales suelen basarse en transformaciones graduales entre múltiples estados de equilibrio termodinámico bajo condiciones de recocido prolongado a alta temperatura. Estos procesos suelen ser largos, requieren mucha energía y son difíciles de controlar con precisión, lo que limita el rendimiento y la aplicación de los catalizadores.
Para abordar estos desafíos, el equipo de investigación dedicó años al desarrollo de una estrategia de ensamblaje transitorio fuera del equilibrio. Mediante pulsos térmicos periódicos, el método suministra energía con una precisión de milisegundos e induce a los nanocristales a ensamblarse en estructuras de núcleo-corteza a través de la evolución continua de configuraciones transitorias de alta energía. Además, permite un control preciso sobre el espesor de la capa atómica de platino.
Un proceso convencional de varias etapas, que suele durar varias horas e involucra diferentes dispositivos, puede completarse en minutos. Este método permite obtener una capa de platino de tres átomos controlada con precisión, lo que ayuda a optimizar los efectos geométricos y electrónicos y a liberar completamente la actividad catalítica.
Esta tecnología también reduce en un 90 por ciento el consumo de energía necesario para sintetizar catalizadores por unidad de masa y evita el uso de reactivos peligrosos o altamente contaminantes, lo que favorece una fabricación más ecológica y con bajas emisiones de carbono.
Los catalizadores sintetizados mediante el nuevo método alcanzaron una potencia nominal de 15,2 kilovatios por gramo de platino en pilas de combustible de hidrógeno, demostrando además una excelente durabilidad.
Dadas sus ventajas en eficiencia de síntesis, precisión estructural, rendimiento catalítico y uso de energía, la tecnología podría aplicarse en una gama más amplia de campos, incluyendo la fabricación de productos químicos de alta gama, la catálisis ambiental, los productos químicos finos y la síntesis farmacéutica, según Hu. ■