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Una nueva técnica para obtener imágenes de la degradación de catalizadores en su ambiente natural

Las pilas de combustible son consideradas entre las tecnologías generadoras de electricidad más respetuosas con el medio ambiente. No obstante, la conversión de energía presenta dificultades, pues los catalizadores de platino se caracterizan por su baja eficiencia y estabilidad. Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea desarrolló una técnica de visualización muy sofisticada que permite identificar las causas del daño al catalizador a escala nanométrica.
Una nueva técnica para obtener imágenes de la degradación de catalizadores en su ambiente natural
Las pilas de combustible convierten la energía química en electricidad por la reacción del hidrógeno y el oxígeno en dos electrodos diferentes. Los catalizadores funcionales como el platino y otros metales preciosos desempeñan una función muy importante para aumentar la eficiencia en la conversión energética, pero en muchas ocasiones sufren daños irreversibles. Las técnicas de imágenes utilizadas comúnmente para analizar la estructura y morfología de muestras de metales en medios secos no pueden aplicarse a partículas individuales en solución ya que se encuentran en movimiento.

En vistas de ello, se puso en marcha el proyecto financiado por la Unión Europea ELWBINSTEM (Development of electrochemical water based in-situ TEM and study of platinum based nanoparticles potential- and time-dependent changes), en el cual se desarrolló una técnica de visualización basada en microscopia electrónica de transmisión in situ (TEM) que correlaciona directamente los cambios estructurales del catalizador a nivel atómico con sus propiedades físicas y químicas. Este nuevo método de imágenes avanzado, que permite describir mejor la correlación entre el rendimiento electroquímico y las propiedades fundamentales del platino, alcanza un nivel de resolución diez veces mayor que las técnicas actuales.

Los científicos desarrollaron una técnica denominada TEM electroquímica con agua in situ con el fin de estudiar a los catalizadores metálicos en su ambiente líquido natural. Esta técnica de TEM líquida in situ utiliza contenedores de TEM especiales que conservan el líquido en un recipiente cerrado, protegiendo la muestra de metal del ambiente de alto vacío del microscopio y el microscopio del líquido. Para crear esta cámara de aislamiento del metal del vacío del microscopio, el contenedor de TEM utiliza un par de chips de silicio con membranas de nitruro de silicio. La cámara se conecta a un potenciostato externo.

Gracias a esta técnica tan sofisticada, se espera que los científicos e ingenieros puedan beneficiarse de los microscopios electrónicos modernos de alta resolución y las capacidades analíticas de este sistema electroquímico (contenedor de TEM). Así se podrán comprender mejor las propiedades físicas fundamentales de los nanocatalizadores y se optimizarán las pilas de combustible y otros sistemas electroquímicos como las baterías.

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Palabras clave

Catalizador, platino, conversión de energía, ELWBINSTEM, electroquímico, TEM in situ
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