La importancia del magnetismo en el diseño de catalizadores basados en metales

Un grupo de investigadores de la Universitat Jaume I de Castelló (UJI), el Instituto Catalán de Investigación Química, el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos de la Universidad de Zaragoza y la empresa MagnetoCat S.L. ha publicado un artículo en la revista internacional ACS Applied Materials & Interfaces que pone de relieve la importancia del magnetismo en el diseño de catalizadores óptimos que pueden usarse en la producción de energía limpia y renovable.

Las aleaciones bimetálicas a base de platino han atraído una considerable atención en las últimas décadas como catalizadores en las pilas combustible. Sus ventajas son que cuentan con un alto rendimiento y una buena estabilidad en condiciones de funcionamiento. La característica común de los catalizadores basados en metales de transición 3D y sus aleaciones es el magnetismo y el equipo investigador ha demostrado cómo las aleaciones del platino con hierro, cobalto y níquel poseen propiedades magnéticas específicas.

La investigación teórica ha revelado que dichas aleaciones multicapa de platino y metales magnéticos inducen a una mejora general en el desempeño catalítico de las PEMFC (celdas de combustible de membrana en catalizadores sólidos), activando las moléculas de hidrógeno y oxígeno necesarias para la producción de energía y acelerando la separación de los reactivos en las etapas intermedias de la reacción desde la capa catalítica del catalizador.

Todos estos factores son acelerados por el magnetismo y convierten a estas nanoestructuras magnéticas multicapa en candidatas idóneas para las pilas combustible. Este trabajo de ciencia fundamental es una proyección de futuro crucial para Europa en la búsqueda imprescindible de catalizadores óptimos basados en metales abundantes y baratos.

«Los efectos magnéticos de materiales multicapa son conocidos y utilizados por físicos en espintrónica para el almacenamiento de datos en discos duros, por ejemplo; pero son factores que muy raramente se consideran en catálisis heterogéneas. Estudios teóricos que demuestren claramente las mejoras catalíticas introducidas con aleaciones magnéticas son clave para dibujar y desarrollar catalizadores para conseguir energía limpia, renovable y barata», comenta Chiara Biz, estudiante de doctorado de la UJI que ha desarrollado el proyecto explicado en el artículo.

«No tendría que extrañar -explica José Gracia, director de Magnetocat S.L.- el hecho de que la naturaleza emplee manganeso, cobalto, hierro y níquel en la mayoría de las enzimas complejas, debido tanto a sus propiedades electrónicas como a unas propiedades magnéticas que son únicas. Si queremos evolucionar en la producción de energía limpia en celdas de combustible debemos aprender de la naturaleza», concluye Gracia, quien recientemente ha obtenido un proyecto europeo H2020 FET OPEN (Actividades Abiertas de Tecnologías Futuras y Emergentes) y elogia el gran trabajo realizado por la doctoranda en un campo complejo e interdisciplinar «especialmente por su dedicación, rigurosidad y precisión».

Referencia bibliográfica

Magnetism and Heterogeneous Catalysis: In Depth on the Quantum Spin-Exchange Interactions in Pt3M (M = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Y) (111) Alloys. Autoría: Chiara Biz de la Universitat Jaume I de Castelló; Mauro Fianchini del Instituto Catalán de Investigación Química; Víctor Polo del Departamento de Química Física y el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza; y José Gracia, de Magnetocat S.L.

Fuente: UJI







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