En un artículo publicado en la revista Nature Catalysis, los científicos explican que su invento es cuatro veces más duradero que los catalizadores de estructura similar hechos de hierro, otro sustituto del platino.

En su opinión, sus hallazgos son prometedores para las celdas de combustible en el transporte, ya que las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones emparejadas con hidrógeno requieren catalizadores muy activos para que tenga lugar la reacción química, la reacción de reducción de oxígeno que hace que una celda de combustible funcione de manera eficiente.

Los investigadores comenzaron a analizar el cobalto porque, aunque el PGM tiende a ser el material catalizador más común para las celdas de combustible PEM, es muy caro, mientras que otras opciones, como los metales de transición, se degradan rápidamente en el entorno ácido de la celda de combustible de la membrana de intercambio de protones.

"Sabíamos que la configuración de cobalto con nitrógeno y carbono era clave para la eficacia con la que reacciona el catalizador y que la densidad del sitio activo era de vital importancia para el rendimiento", dijo Yuyan Shao, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa. "Nuestro objetivo era mejorar realmente la actividad de reacción de los catalizadores a base de cobalto".

Shao explicó que él y su equipo inmovilizaron moléculas a base de cobalto en los microporos de estructuras de imidazolato zeolítico, que sirvieron como vallas protectoras para disminuir la movilidad de los átomos de cobalto y evitar que se agrupen. Luego utilizaron la pirólisis a alta temperatura para convertir los átomos en sitios catalíticamente activos dentro del marco.

Dentro de esta estructura, descubrieron que la densidad de los sitios activos aumentaba significativamente, aumentando a su vez la actividad de reacción. Esto logró la actividad más alta en pilas de combustible reportada para catalizadores libres de metales del grupo del platino sin hierro hasta la fecha.

El equipo también descubrió, por primera vez, diferencias significativas en la desmetalización, donde los iones metálicos se lixivian fuera del catalizador y ese catalizador luego pierde actividad. También encontraron que los radicales de oxígeno del peróxido de hidrógeno, un subproducto de la reducción de oxígeno en las pilas de combustible, atacan los catalizadores y provocan una pérdida de rendimiento.

“Al final, pudimos no solo mejorar la actividad del catalizador a base de cobalto, sino que también mejoramos significativamente la durabilidad”, dijo Shao. "Nuestra investigación adicional nos llevó a descubrir los mecanismos que normalmente degradan este tipo de catalizadores".