Romper los enlaces entre el oxígeno y el hidrógeno en el agua podría ser una clave para la creación de hidrógeno de manera sostenible, pero encontrar una técnica económicamente viable para esto ha resultado difícil.
Lois Yoksoulian, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Los investigadores informan sobre un nuevo catalizador generador de hidrógeno que elimina muchos de los obstáculos: la abundancia, la estabilidad en condiciones ácidas y la eficiencia.
En la revista Angewandte Chemie , investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign informan sobre un material electrocatalítico hecho de mezclar compuestos metálicos con una sustancia llamada ácido perclórico .
Los electrolizadores usan electricidad para descomponer las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. El más eficiente de estos dispositivos utiliza ácidos corrosivos y materiales de electrodos hechos de los compuestos metálicos óxido de iridio u óxido de rutenio. El óxido de iridio es el más estable de los dos, pero el iridio es uno de los elementos menos abundantes en la Tierra, por lo que los investigadores están buscando un material alternativo.
«Gran parte del trabajo anterior se realizó con electrolizadores hechos de solo dos elementos, uno de metal y oxígeno», dijo Hong Yang, coautor y profesor de ingeniería química y biomolecular en Illinois. «En un estudio reciente, encontramos que si un compuesto tiene dos elementos metálicos, el itrio y el rutenio, y el oxígeno, la tasa de reacción de división del agua aumentó».
Yao Qin, coautor y antiguo miembro del grupo de Yang, primero experimentó con el procedimiento para fabricar este nuevo material utilizando diferentes ácidos y temperaturas de calentamiento para aumentar la velocidad de la reacción de división del agua.
Los investigadores descubrieron que cuando usaban ácido perclórico como catalizador y dejaban que la mezcla reaccionara bajo calor, la naturaleza física del producto de ruteno de itrio cambiaba.
«El material se volvió más poroso y también tenía una nueva estructura cristalina, diferente de todos los catalizadores sólidos que hicimos antes», dijo Jaemin Kim, el autor principal e investigador postdoctoral. El nuevo material poroso que desarrolló el equipo, un óxido de pirocloro de ruteno de itrio, puede dividir las moléculas de agua a un ritmo mayor que el estándar actual de la industria.
«Debido a la mayor actividad que promueve, una estructura porosa es altamente deseable cuando se trata de electrocatalizadores», dijo Yang. «Estos poros pueden producirse sintéticamente con plantillas y sustancias de tamaño nanométrico para la fabricación de cerámica; sin embargo, no pueden resistir las condiciones de alta temperatura necesarias para hacer catalizadores sólidos de alta calidad».
Yang y su equipo observaron la estructura de su nuevo material con un microscopio electrónico y descubrieron que es cuatro veces más poroso que el ruteno de itrio original que desarrollaron en un estudio previo, y tres veces más que los óxidos de iridio y rutenio utilizados comercialmente.
«Fue sorprendente encontrar que el ácido que elegimos como catalizador para esta reacción resultó mejorar la estructura del material utilizado para los electrodos», dijo Yang. «Esta realización fue fortuita y bastante valiosa para nosotros».
Los siguientes pasos para el grupo son fabricar un dispositivo a escala de laboratorio para pruebas adicionales y continuar mejorando la estabilidad del electrodo poroso en ambientes ácidos, dijo Yang.
«La estabilidad de los electrodos en el ácido siempre será un problema, pero sentimos que hemos encontrado algo nuevo y diferente en comparación con otros trabajos en esta área», dijo Yang. «Este tipo de investigación será bastante impactante con respecto a la generación de hidrógeno para energía sostenible en el futuro».
El estudiante graduado Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand y el investigador del Laboratorio Nacional Argonne Cheng-Jun Sun también contribuyeron a esta investigación.
Más información: Jaemin Kim et al, A Porous Pyrochlore Y2 [Ru1.6 Y0.4] Electrocatalizador O7-δ para un mejor desempeño hacia la reacción de evolución de oxígeno en medios ácidos, Edición Internacional Angewandte Chemie (2018). DOI: 10.1002 / anie.201808825
Referencia de la revista: Angewandte Chemie Angewandte Chemie International Edition
Proporcionado por: Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Información de: phys.org
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