Un mayor desarrollo en la microscopía de fuerza atómica ahora hace posible obtener imágenes simultáneamente del perfil de altura de estructuras nanométricas finas, así como de la corriente eléctrica y la fuerza de fricción en las interfaces sólido-líquido. Un equipo del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) y el Instituto Fritz Haber (FHI) de la Sociedad Max Planck ha logrado analizar materiales electrocatalíticamente activos y obtener información que ayudará a optimizar los catalizadores. El método también es potencialmente adecuado para estudiar procesos en electrodos de batería, en fotocatálisis o en biomateriales activos.

Para gestionar la transición energética, también será importante desarrollar rápidamente materiales baratos y eficientes que puedan usarse para dividir el agua o el CO2 mediante electrocatálisis. En este proceso, parte de la energía eléctrica se almacena en los productos de la reacción química. La eficacia de tales electrocatalizadores depende en gran medida de la naturaleza de las interfaces electrodo-electrolito, es decir, las interfaces entre los electrodos sólidos y el electrolito típicamente acuoso. Sin embargo, los estudios físicos resueltos espacialmente de tales interfaces sólido-líquido son todavía relativamente escasos.

Más información con AFM

El Dr. Christopher S. Kley y su equipo ahora han desarrollado un nuevo enfoque para la microscopía de fuerza atómica correlativa (AFM). Se escanea una punta extremadamente afilada a través de la superficie y se registra su perfil de altura. Al unir la punta al extremo de un voladizo miniaturizado, las interacciones de fuerza entre la punta y la superficie de la muestra, incluidas las fuerzas de fricción, se pueden medir con alta sensibilidad. Además, se puede medir la corriente eléctrica que fluye a través del contacto mecánico, siempre que se aplique un voltaje. « Esto nos permitió determinar simultáneamente la conductividad eléctrica, la fricción mecánico-química y las propiedades morfológicas in situ (es decir, en las condiciones relevantes de la fase líquida en lugar de en el vacío o en el aire) », enfatiza Kley.

Electrocatalizador de cobre y oro

Dichos resultados en las interfaces catalizador-electrolito ayudan a optimizarlos de manera específica. « Ahora podemos observar cómo los entornos electroquímicos locales influyen en la transferencia de carga en la interfaz », dice Kley.

Centrarse en las interfaces sólido-líquido

Este trabajo se llevó a cabo en el marco del proyecto CatLab, donde investigadores del HZB y el FHI de la MPG están trabajando juntos, para desarrollar catalizadores de película delgada para la transición energética.