Nanopartícules per dissenyar catalitzadors a mida i més eficients
Els catalitzadors, utilitzats en el 95 % dels processos industrials i per eliminar la contaminació dels gasos que emeten els vehicles amb motors de combustió, són les substàncies que fan que les reaccions químiques vagin més ràpid. El cos humà també en té centenars, però en forma dʼenzims. Des del punt de vista energètic, la funció del catalitzador és reduir lʼenergia necessària per activar les reaccions químiques.
Ara, un equip dʼinvestigadors de la UB, la UPC i el sincrotró ALBA han descobert, per primer cop, com es mouen els àtoms en un catalitzador real, i han demostrat que aquests reaccionen de manera diferent en funció del tipus de catalitzador que es fa servir. Aquesta recerca obre la porta al disseny de nous catalitzadors fets a mida per a aplicacions energètiques i industrials i per a lʼeliminació de gasos contaminants.
En lʼestudi, publicat el 31 dʼoctubre a la revista Science, hi han participat la investigadora Inma Angurell, del Departament de Química Inorgànica de la UB; lʼinvestigador principal, Jordi Llorca, del Centre de Recerca en Nanoenginyeria (CRnE) i de lʼInstitut de Tècniques Energètiques (INTE) —tots dos de la UPC—; la doctoranda de la UPC Núria J. Divins i els investigadors Carlos Escudero i Virginia Pérez Dieste, del sincrotró de llum ALBA.
El catalitzador que han escollit els investigadors conté nanopartícules metàl·liques (de rodi i pal·ladi), preparades pel Grup de Dendrímers i Polígons Moleculars de la UB, que sʼhan fixat a un suport dʼòxid de ceri. Aquest catalitzador és molt eficient en la producció dʼhidrogen, un producte que pot substituir lʼús dels combustibles fòssils abans no sʼesgotin i permetre canviar el model energètic actual per un de més sostenible i respectuós amb el medi ambient.
En aquest sentit, els resultats dʼaquesta recerca faciliten el camí per obtenir hidrogen de la manera més eficient possible, concretament a partir dʼaigua i bioetanol, un recurs renovable i econòmic que sʼobté fàcilment a partir de residus forestals i deixalles agrícoles. Un símil per entendre aquest procés més eficient seria buscar el millor camí per travessar una muntanya: el camí més curt és pujar per un vessant del cim i baixar per lʼaltre, però aquesta opció és la que requereix lʼús de més energia. Si trobem el lloc més idoni per donar la volta a la muntanya, encara que sembli més llarg, requerirà menys ús dʼenergia i, per tant, la travessarem més ràpid.
Un pas per trobar aquest camí és conèixer com es comporten realment els àtoms i les nanopartícules en un catalitzador, i comprovar si sempre ho fan de la mateixa manera. Per fer aquest experiment, els investigadors han utilitzat la nova línia de fotoemissió NAPP del sincrotró ALBA, que va entrar en funcionament el novembre del 2013 i que sʼha estrenat amb aquest experiment.
Fins ara, els investigadors havien aconseguit saber què passava quan les molècules dʼaigua i dʼetanol sʼescalfen a 550 ºC a la càmera dʼespectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) del CRnE-UPC. Però gràcies a lʼús de la llum del sincrotró ALBA, també han pogut conèixer amb més precisió el moviment dels àtoms en les nanopartícules en el moment de les reaccions químiques, i han descobert que aquestes nanopartícules tenen un comportament diferent segons les característiques del catalitzador, que poden afectar tant la seva composició com la forma o la nanoestructura.
Aquesta troballa obre la porta a dissenyar catalitzadors a mida i més eficients, ja que es poden desenvolupar o adaptar als dispositius ja existents tenint en compte el procés per al qual es necessiten.
En el cas de la producció de lʼhidrogen, lʼequip investigador ha trobat que, per produir-lo, els àtoms del catalitzador han dʼestar en unes posicions determinades que permetin lʼintercanvi dʼelectrons de manera adequada entre les nanopartícules metàl·liques i el suport dʼòxid de ceri quan es trenquen i formen els nous enllaços químics.
Pel que fa als vehicles amb motor de combustió (cotxes, motos, avions, vaixells, etc.) que ja utilitzen catalitzadors amb òxid de ceri, es podrien dissenyar nanoformes o nanoestructures noves, o fins i tot adaptar les ja existents perquè siguin més eficients energèticament.
Referència de l'article
N. J. Divins; I. Angurell, C. Escudero, V. Pérez Dieste, J. Llorca. «Influence of the support on surface rearrangements of bimetallic nanoparticles in real catalysts». Science, 31 dʼoctubre de 2014. DOI: 10.1126/science.1258106
Els catalitzadors, utilitzats en el 95 % dels processos industrials i per eliminar la contaminació dels gasos que emeten els vehicles amb motors de combustió, són les substàncies que fan que les reaccions químiques vagin més ràpid. El cos humà també en té centenars, però en forma dʼenzims. Des del punt de vista energètic, la funció del catalitzador és reduir lʼenergia necessària per activar les reaccions químiques.
Ara, un equip dʼinvestigadors de la UB, la UPC i el sincrotró ALBA han descobert, per primer cop, com es mouen els àtoms en un catalitzador real, i han demostrat que aquests reaccionen de manera diferent en funció del tipus de catalitzador que es fa servir. Aquesta recerca obre la porta al disseny de nous catalitzadors fets a mida per a aplicacions energètiques i industrials i per a lʼeliminació de gasos contaminants.
En lʼestudi, publicat el 31 dʼoctubre a la revista Science, hi han participat la investigadora Inma Angurell, del Departament de Química Inorgànica de la UB; lʼinvestigador principal, Jordi Llorca, del Centre de Recerca en Nanoenginyeria (CRnE) i de lʼInstitut de Tècniques Energètiques (INTE) —tots dos de la UPC—; la doctoranda de la UPC Núria J. Divins i els investigadors Carlos Escudero i Virginia Pérez Dieste, del sincrotró de llum ALBA.
El catalitzador que han escollit els investigadors conté nanopartícules metàl·liques (de rodi i pal·ladi), preparades pel Grup de Dendrímers i Polígons Moleculars de la UB, que sʼhan fixat a un suport dʼòxid de ceri. Aquest catalitzador és molt eficient en la producció dʼhidrogen, un producte que pot substituir lʼús dels combustibles fòssils abans no sʼesgotin i permetre canviar el model energètic actual per un de més sostenible i respectuós amb el medi ambient.
En aquest sentit, els resultats dʼaquesta recerca faciliten el camí per obtenir hidrogen de la manera més eficient possible, concretament a partir dʼaigua i bioetanol, un recurs renovable i econòmic que sʼobté fàcilment a partir de residus forestals i deixalles agrícoles. Un símil per entendre aquest procés més eficient seria buscar el millor camí per travessar una muntanya: el camí més curt és pujar per un vessant del cim i baixar per lʼaltre, però aquesta opció és la que requereix lʼús de més energia. Si trobem el lloc més idoni per donar la volta a la muntanya, encara que sembli més llarg, requerirà menys ús dʼenergia i, per tant, la travessarem més ràpid.
Un pas per trobar aquest camí és conèixer com es comporten realment els àtoms i les nanopartícules en un catalitzador, i comprovar si sempre ho fan de la mateixa manera. Per fer aquest experiment, els investigadors han utilitzat la nova línia de fotoemissió NAPP del sincrotró ALBA, que va entrar en funcionament el novembre del 2013 i que sʼha estrenat amb aquest experiment.
Fins ara, els investigadors havien aconseguit saber què passava quan les molècules dʼaigua i dʼetanol sʼescalfen a 550 ºC a la càmera dʼespectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) del CRnE-UPC. Però gràcies a lʼús de la llum del sincrotró ALBA, també han pogut conèixer amb més precisió el moviment dels àtoms en les nanopartícules en el moment de les reaccions químiques, i han descobert que aquestes nanopartícules tenen un comportament diferent segons les característiques del catalitzador, que poden afectar tant la seva composició com la forma o la nanoestructura.
Aquesta troballa obre la porta a dissenyar catalitzadors a mida i més eficients, ja que es poden desenvolupar o adaptar als dispositius ja existents tenint en compte el procés per al qual es necessiten.
En el cas de la producció de lʼhidrogen, lʼequip investigador ha trobat que, per produir-lo, els àtoms del catalitzador han dʼestar en unes posicions determinades que permetin lʼintercanvi dʼelectrons de manera adequada entre les nanopartícules metàl·liques i el suport dʼòxid de ceri quan es trenquen i formen els nous enllaços químics.
Pel que fa als vehicles amb motor de combustió (cotxes, motos, avions, vaixells, etc.) que ja utilitzen catalitzadors amb òxid de ceri, es podrien dissenyar nanoformes o nanoestructures noves, o fins i tot adaptar les ja existents perquè siguin més eficients energèticament.
Referència de l'article
N. J. Divins; I. Angurell, C. Escudero, V. Pérez Dieste, J. Llorca. «Influence of the support on surface rearrangements of bimetallic nanoparticles in real catalysts». Science, 31 dʼoctubre de 2014. DOI: 10.1126/science.1258106