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(noticias nanowerk) Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) ha logrado un gran avance en nanomateriales al desarrollar con éxito un electrocatalizador altamente eficiente que puede aumentar significativamente la producción de hidrógeno mediante la división electroquímica del agua.
Este gran avance tiene un gran potencial de aplicación para la industria de la energía limpia.
El profesor Zhang Hua, catedrático Herman Hu de Nanomateriales en CityU, y su equipo han desarrollado un electrocatalizador utilizando nanohojas de dicalcogenuro de metales de transición (TMD) con fases cristalinas no convencionales como soportes. El electrocatalizador exhibe una actividad superior y una excelente estabilidad en la reacción electrocatalítica de desprendimiento de hidrógeno en medios ácidos.
«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», afirmó el profesor Zhang.
Este importante hallazgo fue publicado en la revista Naturaleza (“Crecimiento dependiente de la fase de Pt en MoS2 para H altamente eficiente2 Evolución»).
El profesor Zhang dijo que la clave para la investigación sobre la división electrocatalítica del agua radica en el desarrollo de catalizadores estables y altamente eficientes. Es de gran importancia seleccionar un soporte adecuado para mejorar la actividad y estabilidad de los catalizadores durante el proceso.
Como material bidimensional (2D) emergente, las nanohojas TMD están atrayendo un gran interés por parte de los investigadores debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. Se descubrió que la fase es un factor extremadamente importante que determina las propiedades y funciones de las nanohojas TMD.
Por ejemplo, disulfuro de molibdeno (MoS2) con la fase 2H convencional tiene una propiedad semiconductora, mientras que MoS2 con fase no convencional 1T o 1T′ muestra propiedades metálicas o semimetálicas y, por lo tanto, tiene buena conductividad. Sin embargo, producir nanoláminas de TMD no convencionales con alta pureza de fase y alta calidad sigue siendo un desafío. La investigación sobre la influencia de la fase cristalina de TMD en el crecimiento de otros materiales se encuentra todavía en una fase inicial.
En los últimos años, el equipo de investigación del profesor Zhang ha desarrollado una serie de métodos nuevos, como: B. reacciones sólido-gas y síntesis asistida por sales, y preparó con éxito una serie de materiales cristalinos TMD con alta pureza de fase y alta calidad con 1T ′ no convencional. Fase. Debido a sus propiedades semimetálicas únicas, estos nanomateriales tienen un gran potencial para aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos, catálisis, almacenamiento de energía y superconductividad.
Como parte de esta investigación, el equipo desarrolló con éxito un nuevo método para producir nanoláminas TMD con fases no convencionales. También estudiaron el crecimiento de metales nobles dependiente de la fase cristalina en nanohojas 1T′-TMD y 2H-TMD. Descubrieron que el uso del 2H-TMD convencional como plantilla facilita el crecimiento epitaxial de nanopartículas de platino (Pt), mientras que el molde no convencional 1T′-TMD admite átomos de Pt monoatómicamente dispersos (s-Pt). Sobre la base de estos hallazgos, el equipo desarrolló átomos de Pt dispersos de un solo átomo/disulfuro de molibdeno en fase 1T′ (s-Pt/1T′-MoS).2) Catalizador.
Para superar la limitación del transporte de masa de los catalizadores basados en Pt en reacciones electrocatalíticas de evolución de hidrógeno en medios ácidos, el equipo utilizó tecnología avanzada de electrodos flotantes para las pruebas. Sus resultados experimentales revelaron que el s-Pt/1T′-MoS2 El catalizador mostró una alta actividad masiva de 85 ± 23 A mg.punto-1 a un sobrepotencial de −50 mV y una densidad de corriente de intercambio normalizada en masa (127 A mg).punto-1). Además, el catalizador puede funcionar de manera estable durante 500 horas en un electrolizador de agua con membrana de intercambio de protones, lo que tiene un potencial de aplicación prometedor.
El equipo estudió sistemáticamente el crecimiento dependiente de la fase de metales nobles en nanohojas de 1T′-TMD y 2H-TMD y demostró que las nanohojas de 1T′-TMD pueden ser soportes eficaces para catalizadores.
«El nuevo electrocatalizador sintetizado exhibe 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», afirmó el Dr. Shi Zhenyu, postdoctorado en el Departamento de Química y primer autor del artículo.
Los hallazgos han ampliado el alcance de la ingeniería de fases de nanomateriales (PEN) y han allanado un nuevo camino para el diseño y la síntesis de catalizadores altamente eficientes. El profesor Zhang dijo que en el futuro, el equipo continuará la investigación sobre catalizadores basados en 1T′-TMD y sus perspectivas en aplicaciones industriales para contribuir a la energía limpia y el desarrollo sostenible.
Los autores correspondientes son el profesor Zhang y el profesor Anthony RJ Kucernak del Departamento de Química del Imperial College de Londres. Este proyecto de investigación reunió a personal de universidades e institutos de investigación de Hong Kong, China continental, Singapur y el Reino Unido y demostró la importancia de la colaboración internacional para lograr avances científicos.
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