Uma equipe de pesquisa interdisciplinar da Universidade Técnica de Munique (TUM) construiu nanopartículas de platina para catálise em células de combustível:Os novos catalisadores de tamanho otimizado são duas vezes mais potentes do que o melhor processo comercialmente disponível hoje.

As células de combustível podem substituir as baterias como fonte de energia para carros elétricos. Eles consomem hidrogênio, um gás que poderia ser produzido, por exemplo, usando eletricidade excedente de usinas eólicas. Contudo, a platina usada nas células de combustível é rara e extremamente cara, e isso tem sido um fator limitante nas aplicações até agora.

Uma equipe de pesquisa da Universidade Técnica de Munique (TUM) liderada por Roland Fischer, Professor de Química Inorgânica e Organometálica, Aliaksandr Bandarenka, Física da Conversão e Armazenamento de Energia e Alessio Gagliardi, Professor de Simulação de Nanosistemas para Conversão de Energia, agora otimizou o tamanho das partículas de platina a tal ponto que as partículas funcionam em níveis duas vezes mais altos do que os melhores processos disponíveis comercialmente hoje.

Ideal:Um "ovo" de platina com apenas um nanômetro de tamanho

Em células de combustível, o hidrogênio reage com o oxigênio para produzir água, geração de eletricidade no processo. Catalisadores sofisticados nos eletrodos são necessários para otimizar essa conversão. A platina desempenha um papel central na reação de redução do oxigênio.

Em busca de uma solução ideal, a equipe criou um modelo de computador do sistema completo. A questão central:quão pequeno pode ser um aglomerado de átomos de platina e ainda ter um efeito catalítico altamente ativo? "Acontece que existem certos tamanhos ideais para pilhas de platina, "explica Fischer.

Partículas medindo cerca de um nanômetro e contendo aproximadamente 40 átomos de platina são ideais. "Os catalisadores de platina desta ordem de tamanho têm um pequeno volume, mas um grande número de pontos altamente ativos, resultando em alta atividade de massa, "diz Bandarenka.

Colaboração interdisciplinar

A colaboração interdisciplinar no Catalysis Research Center (CRC) foi um fator importante nos resultados da equipe de pesquisa. Combinando capacidades teóricas em modelagem, discussões conjuntas e conhecimentos físicos e químicos obtidos a partir de experimentos resultaram em um modelo que mostra como os catalisadores podem ser projetados com a forma ideal, tamanho e distribuição de tamanho dos componentes envolvidos.

Além disso, o CRC também tem a experiência necessária para criar e testar experimentalmente os nano-catalisadores de platina calculados. "Isso exige muito em termos da arte da síntese inorgânica, "diz Kathrin Kratzl, junto com Batyr Garlyyev e Marlon Rück, um dos três autores principais do estudo.

Duas vezes mais eficaz do que o melhor catalisador convencional

O experimento confirmou exatamente as previsões teóricas. "Nosso catalisador é duas vezes mais eficaz que o melhor catalisador convencional do mercado, "diz Garlyyev, acrescentando que ainda não é adequado para aplicações comerciais, já que a redução atual de 50% da quantidade de platina teria que aumentar para 80%.

Além de nanopartículas esféricas, os pesquisadores esperam uma atividade catalítica ainda maior de formas significativamente mais complexas. E os modelos computacionais estabelecidos na parceria são ideais para esse tipo de modelagem. "No entanto, formas mais complexas requerem métodos de síntese mais complexos, "diz Bandarenka. Isso tornará os estudos computacionais e experimentais cada vez mais importantes no futuro.