Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el platino es, con diferencia, el mejor catalizador para dividir las moléculas de agua y producir gas hidrógeno. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Brown muestra por qué el platino funciona tan bien, y no es la razón que se suponía.

La investigación, publicada en ACS Catalysis, ayuda a resolver una pregunta de investigación de casi un siglo de antigüedad, dicen los autores. Y podría ayudar a diseñar nuevos catalizadores para producir hidrógeno que sean más baratos y abundantes que el platino. En última instancia, eso podría ayudar a reducir las emisiones de los combustibles fósiles.

"Si podemos descubrir cómo producir hidrógeno de forma económica y eficiente, se abrirá la puerta a muchas soluciones pragmáticas para combustibles y productos químicos libres de fósiles", dijo Andrew Peterson, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal del estudio. . “El hidrógeno se puede utilizar en pilas de combustible, combinado con un exceso de CO2 para producir combustible o combinado con nitrógeno para producir fertilizante de amoníaco. Hay muchas cosas que podemos hacer con el hidrógeno, pero para que el agua que se descomponga sea una fuente de hidrógeno escalable, necesitamos un catalizador más barato”.

El diseño de nuevos catalizadores comienza con la comprensión de qué hace que el platino sea tan especial para esta reacción, dice Peterson, y eso es lo que esta nueva investigación pretendía descubrir.

El éxito del platino se ha atribuido durante mucho tiempo a su energía vinculante "Ricitos de Oro". Los catalizadores ideales retienen las moléculas que reaccionan ni demasiado flojas ni demasiado apretadas, sino en algún punto intermedio. Une las moléculas con demasiada flexibilidad y es difícil iniciar una reacción. Si se unen con demasiada fuerza, las moléculas se adhieren a la superficie del catalizador, lo que dificulta que la reacción se complete. La energía de enlace del hidrógeno sobre el platino equilibra perfectamente las dos partes de la reacción de división del agua, por lo que la mayoría de los científicos han creído que es ese atributo el que hace que el platino sea tan bueno.

Pero había razones para cuestionar si esa imagen era correcta, dice Peterson. Por ejemplo, un material llamado disulfuro de molibdeno (MoS2) tiene una energía de enlace similar a la del platino, pero es un catalizador mucho peor para la reacción de división del agua. Eso sugiere que la energía vinculante no puede ser toda la historia, dice Peterson.

Para descubrir qué estaba sucediendo, él y sus colegas estudiaron la reacción de división del agua en catalizadores de platino utilizando un método especial que desarrollaron para simular el comportamiento de átomos y electrones individuales en reacciones electroquímicas.

El análisis mostró que los átomos de hidrógeno que están unidos a la superficie del platino con la energía de enlace "Ricitos de Oro" en realidad no participan en la reacción en absoluto cuando la velocidad de reacción es alta. En cambio, se esconden dentro de la capa cristalina superficial del platino, donde permanecen como espectadores inertes. Los átomos de hidrógeno que participan en la reacción están mucho más débilmente unidos que la supuesta energía de “Ricitos de Oro”. Y en lugar de anidar en la red, se asientan encima de los átomos de platino, donde son libres de encontrarse entre sí para formar gas H2.

Es esa libertad de movimiento de los átomos de hidrógeno en la superficie lo que hace que el platino sea tan reactivo, concluyen los investigadores.

"Lo que esto nos dice es que buscar esta energía vinculante de 'Ricitos de Oro' no es el principio de diseño correcto para la región de alta actividad", dijo Peterson. "Sugerimos que el camino a seguir es diseñar catalizadores que pongan el hidrógeno en este estado altamente móvil y reactivo".