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Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) ha logrado un gran avance en la investigación de nanomateriales al construir con éxito un electrocatalizador altamente eficiente que puede aumentar significativamente la producción de hidrógeno mediante la división electroquímica del agua.
![El catalizador TMD representa un gran avance para la energía limpia](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40415_1694687548697462.jpg)
Este importante invento ofrece enormes aplicaciones potenciales en la industria de las energías renovables.
El profesor Zhang Hua, catedrático Herman Hu de Nanomateriales en CityU, y sus colegas han desarrollado un electrocatalizador que utiliza nanohojas de dicalcogenuro de metales de transición (TMD) con fases cristalinas inusuales como soportes. En el proceso electrocatalítico de desprendimiento de hidrógeno en condiciones ácidas, el electrocatalizador mostró alta actividad y buena estabilidad.
El resultado de nuestra investigación es significativo porque el hidrógeno producido por la división electroquímica del agua se considera una de las energías limpias más prometedoras para reemplazar los combustibles fósiles y reducir la contaminación y el efecto invernadero en un futuro próximo.
Zhang Hua, Profesor de la Cátedra Herman Hu, Nanomateriales, Universidad de la Ciudad de Hong Kong
El estudio titulado “Crecimiento dependiente de la fase de Pt en MoS2 para H altamente eficiente2 evolución” fue publicado en la revista Naturaleza.
El profesor Zhang cree que el desarrollo de catalizadores estables y altamente eficaces es la clave para la investigación de la división electrocatalítica del agua. Es crucial seleccionar el soporte adecuado para optimizar la actividad y estabilidad de los catalizadores durante el proceso.
Las nanohojas TMD han despertado la curiosidad de los investigadores como un nuevo material bidimensional (2D) debido a sus inusuales propiedades físicas y químicas. Se descubrió que la fase es un componente crucial para determinar las propiedades y funcionalidades de las nanohojas TMD.
Disulfuro de molibdeno (MoS2) con la fase estándar 2H, por ejemplo, tiene una propiedad semiconductora, mientras que MoS no2 con la fase atípica 1T o 1T’ tiene una propiedad metálica o semimetálica y por lo tanto tiene una fuerte conductividad.
Sin embargo, sigue siendo difícil producir nanohojas de TMD no convencionales con alta pureza y calidad de fase, y la investigación sobre la influencia de la fase cristalina de TMD en el desarrollo de otros materiales aún está en sus primeras etapas.
El grupo de investigación del profesor Zhang ha generado con éxito una variedad de materiales cristalinos TMD de fase 1T’ no convencional y de alta calidad y pureza de fase utilizando técnicas novedosas como reacciones sólido-gas y síntesis asistida por sal. Debido a sus propiedades semimetálicas únicas, estos nanomateriales tienen un alto potencial para su uso en dispositivos optoelectrónicos, catálisis, almacenamiento de energía y superconductividad.
En este estudio, los investigadores lograron desarrollar un nuevo método para producir nanohojas TMD con fases inusuales. También investigaron la dependencia de la fase cristalina de la evolución de metales nobles en nanohojas de 1T′-TMD y 2H-TMD.
Descubrieron que el uso de la plantilla tradicional 2H-TMD permite el desarrollo epitaxial de nanopartículas de platino (Pt), mientras que la plantilla poco ortodoxa 1T′-TMD permite la generación de átomos de Pt monoatómicamente dispersos (s-Pt). Sobre la base de estos resultados, los investigadores desarrollaron un catalizador con átomos de Pt dispersos de un solo átomo/disulfuro de molibdeno en fase 1T′ (s-Pt/1T′-MoS).2).
Los investigadores utilizaron una técnica mejorada de electrodo flotante para realizar pruebas y superar la limitación del transporte de masa de los catalizadores basados en Pt en procesos electrocatalíticos de evolución de hidrógeno en medios ácidos.
El s-Pt/1T′-MoS2 Se encontró que el catalizador tenía una alta actividad de masa de 85 ± 23 A mg.punto-1 a un sobrepotencial de -50 mV y una densidad de corriente de intercambio normalizada en masa de (127 A mgpunto-1) basándose en sus hallazgos experimentales. Además, el catalizador tiene un gran potencial de aplicación porque puede funcionar de manera estable durante 500 horas en un electrolizador de agua con membrana de intercambio de protones.
Los investigadores demostraron que las nanohojas de 1T′-TMD pueden ser soportes eficaces para los catalizadores al estudiar metódicamente la evolución dependiente de la fase de los metales nobles en las nanohojas de 1T′-TMD y 2H-TMD.
El nuevo electrocatalizador sintetizado tiene una actividad superior y una excelente estabilidad en la reacción electrocatalítica de desprendimiento de hidrógeno en medios ácidos y desempeñará un papel extremadamente importante en el desarrollo de energía limpia en el futuro..
Dr. Shi Zhenyu, autor principal del estudio e investigador postdoctoral del Departamento de Química de la Universidad de la ciudad de Hong Kong.
El estudio amplió la definición de ingeniería de fases de nanomateriales (PEN) y abrió nuevas posibilidades para la producción y síntesis de catalizadores altamente eficaces. Según el profesor Zhang, el grupo llevará a cabo más investigaciones sobre el catalizador basado en 1T′-TMD y su potencial de uso comercial en el futuro para apoyar el desarrollo sostenible y la energía limpia.
El profesor Zhang y el profesor Anthony RJ Kucernak del Departamento de Química del Imperial College de Londres son los autores correspondientes. Esta iniciativa de estudio demostró el valor de la colaboración internacional en la creación de descubrimientos científicos al reunir a personal de universidades y centros de investigación en Hong Kong, China continental, Singapur y el Reino Unido.
Referencia de la revista:
Shi, Z., et al. (2023) Crecimiento dependiente de la fase de Pt en MoS2 para H altamente eficiente2 Evolución. Naturaleza. doi:10.1038/s41586-023-06339-3
Fuente: https://www.cityu.edu.hk/
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