Plata y cristal: así se forja el hidrógeno en metales líquidos bajo la lupa de los sincrotrones

Un equipo de investigadores de la Universidad de Sídney ha logrado un avance significativo en la comprensión de cómo se forman cristales de platino en el interior de metales líquidos, empleando para ello avanzadas técnicas de tomografía de rayos X. Este descubrimiento no solo arroja nueva luz sobre los complejos procesos físico-químicos que operan en materiales densos y opacos, sino que también abre la puerta al desarrollo de electrodos de alto rendimiento para la producción eficiente de hidrógeno a partir de agua, un hito clave para avanzar hacia una economía energética más limpia y sostenible.

El estudio, desarrollado en colaboración con expertos en física de materiales y química aplicada, se enmarca en el creciente interés internacional por los materiales avanzados y los sistemas de almacenamiento y producción de hidrógeno, una de las vías más prometedoras para la descarbonización de sectores industriales y de transporte. La investigación se ha beneficiado de las capacidades sin precedentes que ofrecen las fuentes de radiación sincrotrón, instalaciones científicas que permiten obtener imágenes en 3D del interior de objetos a escala nanométrica, incluso en condiciones extremas de temperatura y opacidad.

El corazón del experimento ha consistido en sumergir una solución de sales de platino en un recipiente de galio líquido, un metal conocido por su bajo punto de fusión y su elevada capacidad para disolver otros metales. Al aplicar una corriente eléctrica controlada, los iones de platino se han depositado sobre un electrodo, dando lugar al crecimiento de cristales de platino con una estructura y orientación controladas. El proceso, que ocurre a nivel atómico y en cuestión de minutos, se ha monitorizado en tiempo real mediante tomografía de rayos X, lo que ha permitido reconstruir con gran detalle la evolución tridimensional de los cristales a medida que emergen y se desarrollan en el seno del metal líquido.

“La gran novedad de este trabajo es que ahora podemos observar cómo crecen los cristales de platino en el interior de un medio completamente opaco y denso, algo que hasta ahora solo podíamos intuir mediante simulaciones o modelos teóricos”, explica el profesor Michael Dickey, coautor principal del estudio. “Esto nos da un control sin precedentes sobre las propiedades finales de los cristales, que es fundamental para aplicaciones como la catálisis y la producción de hidrógeno”.

El platino es uno de los catalizadores más eficientes conocidos para la reacción de electrólisis del agua, el proceso mediante el cual se separa la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno usando electricidad. Sin embargo, su elevado coste y escasez limitan su uso en aplicaciones a gran escala. Una de las estrategias más prometedoras para superar este obstáculo es optimizar la morfología y la orientación de los cristales de platino, de modo que se maximice su superficie activa y su eficiencia catalítica. El método desarrollado en Sídney representa un avance crucial en esta línea, al permitir fabricar electrodos con estructuras personalizadas y propiedades superiores a las de los materiales convencionales.

La tomografía de rayos X utilizada en este estudio se ha realizado en una de las líneas de luz del Sincrotrón Australiano, una instalación de referencia internacional situada a las afueras de Melbourne. Gracias a la intensidad y la coherencia de los haces de rayos X generados por los electrones que circulan a velocidades relativistas, los investigadores han podido captar imágenes con una resolución de apenas unas decenas de nanómetros, suficiente para observar cómo los átomos de platino se ensamblan capa a capa en el interior del galio líquido.

Este tipo de avances en la ciencia de materiales no solo impactan en el campo de la energía, sino que también tienen aplicaciones potenciales en la electrónica avanzada, la medicina y las tecnologías espaciales. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, donde empresas como SpaceX o Blue Origin exploran nuevos materiales para motores y estructuras de cohetes, la capacidad de controlar el crecimiento de cristales metálicos podría traducirse en componentes más resistentes y ligeros. De hecho, la NASA y otras agencias espaciales ya colaboran con centros de investigación para investigar la fabricación de materiales avanzados en microgravedad, donde la ausencia de convección permite obtener cristales con características únicas.

Paralelamente, compañías como PLD Space en España o Virgin Galactic en Estados Unidos siguen de cerca estos desarrollos, conscientes de que la optimización de catalizadores y electrodos puede resultar clave para futuras aplicaciones tanto en Tierra como en el espacio, desde la propulsión con hidrógeno hasta la obtención de oxígeno en bases lunares o marcianas.

En definitiva, los resultados obtenidos por el equipo de la Universidad de Sídney demuestran cómo la combinación de técnicas de imagen avanzadas y la ciencia de materiales puede abrir nuevas vías para la transición energética y la exploración espacial, acercándonos un paso más a un futuro donde el hidrógeno y los materiales inteligentes desempeñen un papel central.

(Fuente: SpaceDaily)