Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum e do Fritz Haber Institute Berlin desenvolveram um novo método para conservar catalisadores raros e caros e usá-los com moderação. Eles encerraram um sal de metal precioso em pequenas micelas, e os golpeou contra um eletrodo de carbono, revestindo assim a superfície com nanopartículas do metal precioso contido nas micelas. Ao mesmo tempo, a equipe analisou com precisão quanto do metal foi depositado. Os pesquisadores então mostraram que o eletrodo revestido desta maneira poderia catalisar eficientemente a redução de oxigênio, que é o processo químico limitante nas células de combustível.

O time, liderado pela Professora Kristina Tschulik e Mathies Evers do Grupo de Pesquisa de Bochum para Eletroquímica e Materiais em nanoescala descreve o processo no jornal Angewandte Chemie , publicado online com antecedência em 11 de abril de 2019.

Produzindo partículas do mesmo tamanho

O grupo de pesquisa produziu as nanopartículas de ouro com a ajuda de micelas. As partículas inicialmente consistiam em uma substância precursora, ácido cloroáurico, que foi envolto em um invólucro de polímero externo. O benefício:"Quando produzimos nanopartículas de ouro usando micelas, as nanopartículas são todas de um tamanho quase idêntico, "diz Kristina Tschulik, um investigador principal do Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation (Resolv). Apenas uma certa carga do material precursor, a partir da qual uma única partícula de um certo tamanho é produzida, se encaixa dentro da pequena micela. "Como as partículas de tamanhos diferentes têm propriedades catalíticas diferentes, é importante controlar o tamanho da partícula por meio da quantidade de carga da micela, "acrescenta Tschulik.

Revestimento uniforme, mesmo em superfícies complexas

Para revestir o eletrodo cilíndrico, os pesquisadores o imergiram em uma solução contendo as micelas carregadas e aplicaram uma voltagem ao eletrodo. O movimento aleatório das micelas na solução fez com que batessem contra a superfície do eletrodo ao longo do tempo.

Lá, a camada externa se abriu e os íons de ouro do ácido cloroáurico reagiram para formar ouro elementar, que aderiu à superfície do eletrodo como uma camada uniforme de nanopartículas. "Apenas substratos planos podem ser revestidos uniformemente com nanopartículas usando métodos padrão, "explica Tschulik." Nosso processo significa que mesmo superfícies complexas podem ser carregadas uniformemente com um catalisador. "

Quantidade separada precisamente controlável

Enquanto os íons de ouro do ácido cloroáurico reagem para formar ouro elementar, fluxo de elétrons. Medindo a corrente resultante, os químicos podem determinar exatamente quanto material foi usado para revestir o eletrodo. Ao mesmo tempo, o método registra o impacto de cada partícula individual e seu tamanho.

Os pesquisadores testaram com sucesso a reação de redução de oxigênio dos eletrodos revestidos usando o novo processo. Eles alcançaram uma atividade tão alta quanto a de nanopartículas de ouro nuas sem uma camada externa. Devido ao revestimento uniforme da superfície, eles também observaram uma taxa de reação quase tão alta quanto a de eletrodos completamente cobertos com ouro e eletrodos de ouro sólido com apenas 11% de cobertura.