Un descubrimiento sobre átomos permitirá hacer catalizadores más eficientes

Científicos de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) han descubierto que los átomos reaccionan de diferente manera en función del catalizador que se utilice, lo que abre la puerta a diseñar catalizadores a medida para hacer más eficientes los vehículos y los procesos industriales.

El experimento, que publica la revista Science, demuestra por primera vez como los átomos reaccionan en un catalizador real.

Los catalizadores, usados en el 95 % de los procesos industriales y para eliminar la contaminación de los gases que emiten los vehículos con motores de combustión, son las sustancias que hacen que las reacciones químicas vayan más rápido.

El cuerpo humano también tiene cientos, pero en forma de enzimas.

El equipo de investigadores encabezado por el profesor Jordi Llorca, del Centro de Investigación en Nanoingeniería (CRnE) y del Instituto de Técnicas Energéticas (INTE), ambos de la UPC, ha descubierto cómo se mueven los átomos en un catalizador real, y ha demostrado que estos reaccionan de forma diferente en función del tipo de soporte que se utiliza.

El catalizador que escogieron los investigadores contenía nanopartículas metálicas (de rodio y paladio) que fijaron a un soporte de óxido de cerio.

Según los investigadores, este catalizador es muy eficiente en la producción de hidrógeno, un producto que puede sustituir el uso de los combustibles fósiles y permitir cambiar el modelo energético actual por uno más sostenible y respetuoso con el medio ambiente.

Jordi Llorca ha explicado que los resultados de esta investigación facilitan el camino para obtener hidrógeno de la forma más eficiente posible, concretamente a partir de agua y bioetanol, un recurso renovable y económico que se obtiene a partir de residuos forestales y desechos agrícolas.

Llorca ha informado de que para hacer este experimento han usado la línea de luz CIRCE del sincrotrón ALBA de Cerdanyola del Vallés (Barcelona), y concretamente la técnica de espectroscopia de fotoemisión a presión cercana al ambiente, Nappa (del inglés Near Ambient Pressure Photoemission).

Esta técnica, desarrollada por el grupo del profesor Miquel Salmerón hace más de una década en el Lawrence Berkeley National Laboratory de California, es única en España y sólo disponible en ocho sincrotrones en todo el mundo.

La estación experimental de Nappa del sincrotrón ALBA entró en funcionamiento en septiembre de 2013 y se estrenó con este experimento.

Hasta ahora, los investigadores habían logrado saber qué pasaba cuando las moléculas de agua y etanol se calentaban a 550 grados centígrados, experimento hecho en la cámara de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) del Centro de Investigación en Nanoingeniería (CRnE) de la UPC.

Pero gracias al uso del sincrotrón ALBA, los investigadores han podido conocer con más precisión el movimiento de los átomos en las nanopartículas en el momento de las reacciones químicas, y han descubierto que estas nanopartículas tienen un comportamiento diferente según las características del soporte del catalizador.

«Es decir -ha detallado Llorca- las nanopartículas saben dónde están soportadas y reaccionan en consecuencia».

En el caso de la producción del hidrógeno, han descubierto que para producirlo es necesario que los átomos del catalizador estén en unas posiciones determinadas.

Así, en el caso de los vehículos que utilizan motores de combustión (coches, motos, aviones, barcos, etcétera), que ya utilizan catalizadores con óxido de cerio, se podrían diseñar nanoformes o nanoestructuras nuevas, o incluso adaptar los ya existente para que sean más eficientes energéticamente.

En la investigación han participado la doctorado de la UPC Nuria Jiménez Divinos, los investigadores Carlos Escudero y Virginia Pérez-Dieste, del sincrotrón ALBA, y la investigadora Inma Angurell, de la Universidad de Barcelona, que ha sintetizado las nanopartículas utilizadas.