es.wedoany.com Noticia: Un equipo internacional de investigación liderado por la Universidad de Nottingham ha observado en tiempo real, a escala atómica, el fenómeno reversible de separación de metales en nanopartículas de platino-níquel, y ha verificado que esta estructura dinámica presenta una alta actividad catalítica para la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua. El equipo preparó nanopartículas que contienen solo decenas de átomos de platino y níquel, y mediante microscopía electrónica de alta resolución descubrió que, cuando los dos metales se separan y mantienen una interfaz a nivel atómico, la eficiencia del catalizador para la reacción de evolución de hidrógeno mejora significativamente.
La termodinámica tradicional sostiene que los sistemas de aleación homogéneamente mezclados tienden a permanecer en un estado uniforme, de manera similar a cómo el café y la leche, una vez mezclados, no pueden separarse espontáneamente. Sin embargo, este estudio desafía esa expectativa. El Dr. Emerson Kohlrausch, quien lideró el trabajo experimental en la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, afirmó: "Inicialmente, cuando observamos las nanopartículas de platino-níquel bajo el microscopio electrónico, vimos los dos tipos de átomos mezclados, como cabría esperar de una aleación. Sin embargo, solo unos segundos después, los dos metales comenzaron a separarse ante nuestros ojos. Fue una observación sorprendente, ya que parecía violar el comportamiento termodinámico tradicional".
Este fenómeno se origina cuando el haz de electrones rápido transfiere parte de su energía a los átomos de la muestra, estimulando su reordenamiento dentro de la partícula y provocando la separación de metales en el compuesto intermetálico de platino-níquel. Una vez que el níquel se separa del platino, captura átomos de oxígeno del entorno para formar un óxido. El profesor Andrei Khlobystov, catedrático de Nanomateriales en la Universidad de Nottingham, explicó: "Esto genera nanopartículas compuestas por dos mitades: platino metálico y óxido de níquel, separadas por una interfaz definida a nivel atómico. Hemos creado un nuevo tipo de partículas híbridas y observado su formación en tiempo real, algo sin precedentes".
Para rastrear con precisión la posición de cada átomo, el proyecto SALVE de la Universidad de Ulm, en Alemania, proporcionó un microscopio único. La profesora Ute Kaiser, líder del proyecto, señaló: "Es fundamental crear condiciones que permitan seguir la posición de cada átomo. Para lograrlo, utilizamos el material más delgado posible para soportar las nanopartículas: láminas de grafeno, y controlamos cuidadosamente la energía y el flujo del haz de electrones".
Cabe destacar que el proceso de separación de metales es reversible y repetible: al cambiar las condiciones, los metales pueden volver a mezclarse formando una aleación. El Dr. Emerson Kohlrausch comentó: "Estas partículas no se comportan como objetos sólidos rígidos, sino como organismos vivos que responden al entorno. Esto nos motiva a aprovechar su dinámica para la catálisis".
En experimentos catalíticos posteriores, el equipo investigó el uso de nanopartículas de platino-níquel para producir hidrógeno mediante electrólisis del agua. El Dr. Jesum Alves Fernandes, de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, explicó: "Lo que hace tan efectivas a estas partículas es la cooperación entre los dos materiales tras la separación. El platino y el óxido de níquel desempeñan roles distintos en la descomposición del agua, y compartir un límite atómico permite una cooperación máxima entre ellos". Este efecto sinérgico convierte al material en uno de los catalizadores más eficientes para la electrólisis del agua.
El estudio fue realizado en colaboración entre la Universidad de Nottingham, la Universidad de Birmingham, Diamond Light Source y la Universidad de Ulm en Alemania, y los resultados fueron publicados en la revista Advanced Materials. Además de la producción de hidrógeno, estos hallazgos podrían tener un impacto significativo en el diseño futuro de catalizadores para la conversión de energía, la fabricación química y procesos industriales sostenibles.
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