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Un equipo de investigadores del Instituto ITACA de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Instituto de Tecnología Química, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la UPV, ha descubierto un nuevo método para la fabricación de nanocatalizadores metálicos más sostenible y económico, con un gran potencial en el sector industrial y cuyo uso contribuiría a la descarbonización del sector. El trabajo se ha publicado en revista ACS Nano.

Este nuevo método está basado en el proceso de exsolución activado por radiación de microondas. La exsolución es un método de generación de nanopartículas metálicas sobre la superficie de materiales cerámicos. “En condiciones de temperaturas elevadas y atmósferas reductoras (normalmente hidrógeno), átomos metálicos de la propia estructura del material migran a su superficie, formando allí nanopartículas metálicas ancladas a la superficie. Este anclaje aumenta significativamente la resistencia y estabilidad de estas nanopartículas, lo que repercute positivamente en la eficacia de estos catalizadores”, explica Beatriz García Baños, investigadora del Área de Microondas del instituto ITACA de la UPV.

En el trabajo publicado ahora en ACS Nano, los investigadores de la UPV y el CSIC han demostrado que, gracias al uso de la radiación de microondas, este proceso se puede llevar a cabo a temperaturas más moderadas y sin necesidad de emplear atmósferas reductoras.

“De esta forma, se pueden generar nanocatalizadores activos de níquel, en un proceso de exsolución más eficiente energéticamente. Estos catalizadores han demostrado ser activos y estables para la reacción de producción de CO a partir de CO¿, obteniéndose un producto de interés industrial y que contribuye a la descarbonización del sector”, destaca Alfonso Juan Carrillo Del Teso investigador del Grupo de Conversión y Almacenamiento de Energía del ITQ.

El proceso de exsolución demostrado en nanopartículas de níquel se ha realizado a temperaturas alrededor de 400ºC y en tiempos de exposición de pocos segundos, mientras que el procedimiento convencional de exsolución en estos materiales ocurre a temperaturas de 900ºC, con tiempos de unas 10 horas. Además, esta tecnología permite realizar la exsolución sin hacer uso de hidrógeno.

“Por todas estas razones mejoramos la sostenibilidad del proceso. Además, al poder obtener los catalizadores usando temperaturas más suaves y menores tiempos de exposición, reducimos los costes del proceso, en lo que influye también el no tener que usar hidrógeno como gas reductor”, añade Beatriz García Baños.

Aplicaciones

El método desarrollado por el equipo de la UPV y el CSIC está ideado fundamentalmente para su uso en procesos catalíticos de alta temperatura para almacenamiento y conversión de energía renovable. También podría aplicarse en reacciones de reformado de biogás para la producción de gas de síntesis (precursor de combustibles líquidos), reacciones de hidrogenación de CO₂ aplicables a los sistemas Power-to-X, funcionalización de electrodos para pilas de combustible y/o electrolizadores de alta temperatura.

Referencia

Microwave-Driven Exsolution of Ni Nanoparticles in A-Site Deficient Perovskites. Andrés López-García, Aitor Domínguez-Saldaña, Alfonso J. Carrillo, Laura Navarrete, Maria I. Valls, Beatriz García-Baños, Pedro J. Plaza-Gonzalez, José Manuel Catala-Civera, and José Manuel SerraACS Nano 2023 17 (23), 23955-23964. DOI: 10.1021/acsnano.3c08534

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