Investigadores de energía inventan un camaleón de metal que actúa como muchos otros

Los robos de convertidores catalíticos de automóviles y camiones se han disparado en todo el país en los últimos años. Los convertidores catalíticos son valiosos debido a los metales preciosos (rodio y paladio) que contienen. De hecho, el paladio puede ser más caro que el oro. Pero, ¿y si no tuviéramos que poner estos metales preciosos en convertidores catalíticos en primer lugar? Puede que haya sido una fantasía no hace mucho tiempo, pero la nueva tecnología que se está desarrollando en la Universidad de Minnesota podría hacerlo realidad antes de lo que pensamos.

El primer dispositivo de su tipo, llamado «condensador catalítico», está listo para derribar barreras de larga data en el campo de la energía renovable. Los investigadores de la U of M creen que este innovador invento podría hacer avanzar significativamente la tecnología de almacenamiento de energía renovable, la fabricación de combustibles renovables y la fabricación de materiales sostenibles, al tiempo que reduce la dependencia de suministros limitados en metales preciosos.

La investigación que produjo la invención se publica en línea en JACS Au, una de las principales revistas de acceso abierto de la American Chemical Society, donde fue seleccionada como publicación Editor’s Choice. El equipo también está trabajando con la Oficina de Comercialización de Tecnología de la U de M y posee una patente provisional sobre el dispositivo.

Los convertidores catalíticos, junto con docenas de otros productos que muchos de nosotros usamos a diario, siguen dependiendo de materiales y tratamientos químicos que no han cambiado en más de un siglo. Muchos de estos materiales, como los metales preciosos rutenio, platino, rodio y paladio, tienen propiedades de superficie electrónica únicas. Pueden actuar tanto como metales como como óxidos metálicos, lo que los hace esenciales para controlar las reacciones químicas.

Este nuevo dispositivo convierte electrónicamente un metal para que se comporte como otro para usarlo como catalizador para acelerar las reacciones químicas. Es el primero en demostrar que los materiales alternativos que se modifican electrónicamente para proporcionar nuevas propiedades pueden producir un procesamiento químico más rápido y eficiente. Este avance abre la puerta a nuevas tecnologías catalíticas que utilizan catalizadores de metales base.

Para desarrollar este método de ajuste de las propiedades catalíticas de materiales alternativos, los investigadores se basaron en su conocimiento del comportamiento de los electrones en las superficies. El equipo probó con éxito la teoría de que agregar y quitar electrones a un material podría transformar el óxido metálico en algo que imitara las propiedades de otro.

«Los átomos realmente no quieren cambiar su número de electrones, pero inventamos el dispositivo de condensador catalítico que nos permite ajustar el número de electrones en la superficie del catalizador», dijo Paul Dauenhauer, MacArthur Fellow y profesor de Ingeniería Química. y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota, quien dirigió el equipo de investigación. «Esto abre una oportunidad completamente nueva para controlar la química y hacer que los materiales abundantes actúen como materiales valiosos».

El dispositivo condensador catalítico utiliza una combinación de películas a nanoescala para mover y estabilizar los electrones en la superficie del catalizador. Este diseño tiene el mecanismo único de combinar metales y óxidos metálicos con grafeno para permitir un flujo rápido de electrones con superficies sintonizables para la química.

“Vemos el condensador catalítico como una tecnología de plataforma que se puede implementar en una multitud de aplicaciones de fabricación”, dijo Dan Frisbie, profesor y jefe del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales y miembro del equipo de investigación. «Las ideas de diseño básico y los nuevos componentes se pueden modificar para casi cualquier química que podamos imaginar».

Investigadores de la Universidad de Massachusetts en Amherst y la Universidad de California en Santa Bárbara también participaron en el estudio.

Lea el comunicado de prensa completo.

Lea más sobre condensadores catalíticos en el Sitio web del Grupo de Investigación Dauenhauer.

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