Monitorizan la formación y evolución de nanopartículas de níquel en materiales para aplicaciones energéticas
23/06/2026
Una investigación desarrollada por el Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universitat Politècnica de València (UPV), ha conseguido monitorizar, en tiempo real, la formación y el crecimiento de nanopartículas de níquel a alta temperatura utilizando las técnicas de Small-Angle X-ray Scattering y Wide-Angle X-ray Scattering (SAXS/WAXS). Este avance permite comprender cómo se originan y evolucionan estas nanopartículas en materiales catalíticos y electrocatalíticos, un conocimiento clave para diseñar materiales más activos y estables.
La metodología puede aplicarse al desarrollo de materiales para pilas de combustible, electrolizadores de óxido sólido, procesos de reformado de hidrocarburos para producir hidrógeno o conversión catalítica de CO₂ en productos de valor industrial. La investigación se ha publicado en la revista Advanced Materials Interfaces.
En la investigación, desarrollada por el Energy Conversion and Storage Group del ITQ (CSIC-UPV), se ha estudiado por primera vez la formación y crecimiento in situ de nanopartículas de níquel sobre materiales cerámicos durante su reducción hasta 900 °C. Además, se compararon dos estrategias para generar nanopartículas: la infiltración convencional de níquel sobre una perovskita, y la exsolución, un proceso en el que el níquel inicialmente incorporado en la estructura del óxido, migra y emerge hacia su superficie.
Los resultados muestran que, en el material con níquel dopado en la estructura, la exsolución comenzó aproximadamente a 600 °C. Las nanopartículas obtenidas mediante este proceso se mantuvieron pequeñas y apenas crecieron durante 90 minutos a 900 °C. En cambio, las nanopartículas generadas por infiltración aumentaron de tamaño progresivamente por un mecanismo de maduración de Ostwald, lo que afecta directamente a mecanismos catalíticos y de actividad de los electrodos.
Para conseguir estos resultados se utilizó la combinación de técnicas de dispersión de rayos X SAXS y WAXS que ha permitido obtener una visión completa de la estructura del material, detectar con precisión nanopartículas de pocos nanómetros, determinar las fases cristalinas y confirmar la formación de níquel metálico. Además, hizo posible distinguir entre las diferentes etapas del proceso, como la nucleación, el crecimiento y la coalescencia o maduración de las partículas.
Principales ventajas de la nueva metodología
La metodología presenta varias ventajas frente a técnicas de caracterización convencionales, ya que permite seguir la evolución de las nanopartículas en tiempo real y bajo condiciones controladas de temperatura y atmósfera, analizando, además, un volumen de muestra mucho mayor que la microscopía electrónica. Esto mejora la representatividad estadística de los resultados y permite diferenciar poblaciones de nanopartículas difíciles de distinguir mediante otras técnicas. Asimismo, detecta partículas muy pequeñas y proporciona información cuantitativa sobre el tamaño, la distribución de tamaños y su evolución temporal.
Proyecto internacional
La investigación recibió financiación del CSIC, a través del proyecto PIE 20238AT016, y del Gobierno de España mediante la ayuda CEX2021-001230-S, financiada por MCIN/AEI. Los experimentos de sincrotrón se realizaron en DESY (Hamburgo).
En el proyecto han participado Elena Vicente, investigadora predoctoral en el ITQ (CSIC-UPV), José Manuel Serra, profesor de investigación del CSIC en el ITQ (CSIC-UPV), la doctora María Balaguer, científica titular del CSIC en el ITQ (CSIC-UPV), el doctor Sylvio Haas, del sincrotrón DESY, en Hamburgo y la doctora Cecilia Solís, actualmente en la Universidad de Oviedo y vinculada durante la investigación al German Engineering Materials Science Center del Helmholtz-Zentrum Hereon.
