05.05.2026 by Aileen Sammler
La termogravimetría se encuentra con el hidrógeno (Parte 3): Investigación de las reacciones redox del Cu y el CuO en atmósferas de hidrógeno
Aprenda cómo pueden analizarse las reacciones redox cíclicas de CuO/Cu mediante un TGA NETZSCH para evaluar los mecanismos de reacción, la reversibilidad y la estabilidad del material a largo plazo.
La termogravimetría se une al hidrógeno
El hidrógeno es un componente clave de los conceptos de energía y procesos sostenibles, sobre todo en el desarrollo de materiales a alta temperatura.
En Parte 1 de nuestra serie de blogs "La termogravimetría se encuentra con el hidrógeno", presentamos los fundamentos del análisis termogravimétrico compatible con el hidrógeno y explicamos por qué las atmósferas de hidrógeno controladas son esenciales para estudiar los materiales relacionados con el hidrógeno.
En Parte 2nos centramos en la reducción del Fe2O3 bajo diferentes concentraciones de H2.
En esta Parte 3, se da el siguiente paso para aplicar la misma metodología a un sistema de óxidos metálicos con vías de reacción bien definidas: el par redox CuO/Cu. Este ejemplo ilustra claramente cómo puede utilizarse el análisis termogravimétrico bajo hidrógeno para evaluar la estabilidad redox a largo plazo, la reversibilidad y los efectos de degradación en condiciones relevantes para la aplicación.
¿Por qué CuO/Cu es una referencia sólida?
Los óxidos metálicos redox activos se han utilizado ampliamente como materiales modelo en la investigación del hidrógeno. Nuestra nueva nota de aplicación demuestra el bien establecido comportamiento redox cíclico del sistema de óxidos de cobre (CuO/Cu ) bajo hidrógeno.
La reducción y OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación por etapas de los óxidos de cobre está ampliamente descrita en la literatura y se utiliza con frecuencia como sistema de referencia en estudios sobre bucles químicos, almacenamiento de energía y procesos termoquímicos.
Los trabajos publicados destacan cómo los ciclos redox repetidos pueden provocar cambios estructurales y una cinética alterada tanto en condiciones isotérmicas como no isotérmicas (por ejemplo, Chenet al., 2024; Cerciello et al., 2024), así como la cinética de OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación de materiales basados en cobre(Jahromy et al., 2019).
NETZSCH Instrumentación utilizada
Todos los experimentos descritos en el estudio se realizaron utilizando el NETZSCH STA 509 Jupiter® en combinación con el Caja de seguridad H₂Secure
Esta configuración permite un funcionamiento seguro en atmósferas de hidrógeno, al tiempo que garantiza unas condiciones experimentales estables y reproducibles durante el cambio repetido de gas.
La configuración admite:
- Flujo de gas definido hacia la muestra
- Monitorización continua de las condiciones del proceso
- Purga automatizada de gas inerte para mantener escenarios seguros
- Supervisión de la presión para evitar condiciones de funcionamiento anómalas.
Esto hace que el sistema sea especialmente adecuado para experimentos de ciclos redox a largo plazo.
Lo que muestra el experimento: Reducción estable, OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación cambiante
El experimento presentado cicla el CuO a 500°C, alternando entre:
- 100% de hidrógeno para la reducción y
- aire sintético (21% O₂ ) para la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación.
La señal termogravimétrica revela dos comportamientos distintos:
La reducción se mantuvo totalmente reproducible a lo largo de todos los ciclos.
La pérdida de masa durante la reducción fue aproximadamente del 20,1%, lo que concuerda perfectamente con el valor teórico del 20,11% para la reducción completa del CuO a cobre metálico. Tras la reducción, la muestra se estabilizó en un 79,9% de masa, ciclo tras ciclo.
La OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación, sin embargo, disminuyó gradualmente a lo largo de los ciclos sucesivos.
El aumento de masa relacionado con la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación descendió del 20,1% en el primer ciclo al 19,0% y después al 18,2%.
La nota de aplicación sugiere que este comportamiento puede atribuirse a efectos de pasivación superficial o aglomeración de partículas, que limitan la accesibilidad del oxígeno y reducen la completitud de la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación con el tiempo.
Estos cambios sutiles son críticos para las aplicaciones reales del hidrógeno. Sólo se hacen visibles mediante el análisis termogravimétrico cíclico.
Más información en la nota de aplicación completa
👉 Las condiciones experimentales detalladas, las curvas y las interpretaciones están disponibles aquí:
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