El Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) desempeña un papel central en el proyecto PeCATHS, liderando el Paquete de Trabajo 4 (WP4), que está dedicado a la caracterización avanzada de materiales, catalizadores, electrodos y dispositivos desarrollados en WP1 y WP2.

Este paquete de trabajo transversal busca descubrir los mecanismos que rigen el rendimiento de los materiales catalíticos y electrodos, con especial atención a cómo su estructura, composición química y morfología tridimensional a escala nanométrica influyen en la actividad electrocatalítica. El equipo del ICN2, dirigido por el Prof. Jordi Arbiol y con el apoyo de la Dra. Alba Garzón-Manjón, junto con los investigadores de doctorado David Llorens y Eduardo Domínguez, aporta a este proyecto su experiencia de primer nivel en análisis a escala atómica y microscopía mejorada con IA.

ICN2 realiza una caracterización estructural, química y morfológica integral de materiales de (foto)electrodos nuevos y usados. Esto incluye el uso de microscopía electrónica de barrido y transmisión ((S)TEM), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de barrido (SEM-FIB), espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDS) y espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS). Además, la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y la EELS de pérdida de núcleo se emplean para medir la composición, los estados de oxidación, las energías a nivel de núcleo, los intervalos de banda y las posiciones de la banda de valencia antes y después de la operación. Las metodologías avanzadas de ICN2, que incluyen EELS monocromado y 4D-STEM, permiten un análisis profundo de la cristalinidad, las interfaces, la disposición atómica y las distribuciones locales de energía de plasmones y intervalos de banda. El STEM de contraste de fase diferencial (DPC STEM) se utiliza para visualizar las distribuciones del campo electromagnético y explorar las posiciones relativas y las distorsiones de los átomos dentro de las nanoestructuras catalíticas. Para garantizar un alto rendimiento estadístico, ICN2 aplica sus herramientas patentadas mejoradas con IA para identificar automáticamente las fases y orientaciones de los cristales a partir de imágenes STEM con resolución atómica.

Más allá del análisis ex situ, ICN2 integra su trabajo de caracterización con experimentos electroquímicos operando, lo que permite una comprensión holística de los mecanismos energéticos. Este enfoque facilita la correlación entre la estructura superficial y el comportamiento de transferencia de carga con el rendimiento electrocatalítico. El equipo investiga cómo las características sutiles a nivel atómico, como dopantes, vacantes, defectos y cambios en los estados de coordinación u oxidación, pueden influir en el comportamiento de materiales nanoestructurados, incluyendo nanopartículas, catalizadores monoatómicos y materiales 2D. Estos conocimientos son cruciales para optimizar los procesos fotoelectroquímicos fundamentales de PeCATHS, que implican la transformación de derivados de biomasa y la hidrogenación de portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC).

El ICN2 colabora estrechamente con los socios del proyecto, la UJI y la UZH, responsables de la preparación y evaluación de (foto)electrodos. Mientras que la UJI y la UZH se centran en la fabricación de electrodos y la caracterización electroquímica, el ICN2 proporciona información a escala atómica sobre las interacciones sustrato-electrodo y el comportamiento de los materiales. El modelado teórico realizado por TCD complementa los datos experimentales del ICN2, creando un marco sólido para comprender y mejorar los sistemas de conversión de energía. Todos los socios aportan su experiencia en un esfuerzo totalmente integrado, con la transferencia de conocimiento coordinada a través de COMET y EIM, y respaldada por estrategias específicas de comunicación, difusión y explotación.

El impacto de ICN2 trasciende con creces el ámbito de PeCATHS. El IP de ICN2 coordina los proyectos de infraestructura de ciencia de materiales In-CAEM y METCAM en el Centro Conjunto de Microscopía Electrónica del Sincrotrón ALBA (JEMCA) y es miembro fundador de e-DREAM, la Infraestructura Europea de Investigación Distribuida para Microscopía Electrónica Avanzada. ICN2 continúa ampliando su cartera de servicios analíticos y de consultoría para la industria, consolidando su liderazgo en la caracterización de catalizadores basada en STEM y la microscopía basada en IA. Gracias a sus contribuciones a PeCATHS, ICN2 no solo impulsa las tecnologías energéticas sostenibles, sino que también define el futuro de la ciencia de los materiales en toda Europa.