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(Foto cortesía: Getty Images) |
Resumen:
En los últimos años, el hidrógeno ha llamado la atención como un vector potencial de energía limpia porque se quema sin emisiones dañinas para el clima. Sin embargo, los procesos tradicionales de producción de hidrógeno tienen una huella de carbono significativa y los procesos más limpios son costosos y técnicamente complejos.
Nuevo catalizador ofrece una forma más económica de producir hidrógeno a partir de agua de mar
Houston, Texas | Publicado el 9/9/2022
Ahora, los investigadores informan sobre un gran avance, un catalizador de dos electrodos que se basa en un compuesto para producir de manera eficiente hidrógeno y oxígeno a partir de agua dulce y de mar. Los intentos anteriores con tales catalizadores bifuncionales para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno generalmente han dado como resultado un rendimiento deficiente en una de las dos funciones. El uso de dos catalizadores separados funciona, pero aumenta el costo de fabricación de los catalizadores.
En un trabajo descrito en Energy & Environmental Science, investigadores de la Universidad de Houston, la Universidad China de Hong Kong y la Universidad Normal de China Central informan sobre el uso de un compuesto de níquel/molibdeno/nitrógeno optimizado con una pequeña cantidad de hierro y basado en espuma de níquel. producir hidrógeno de manera eficiente y luego convertirse a través de un proceso de reconstrucción electroquímica desencadenado por ciclos de voltaje en un compuesto que provoca una reacción de evolución de oxígeno igualmente potente.
Los investigadores dijeron que el uso de un solo compuesto tanto para la reacción de evolución de hidrógeno (HER) como para la reacción de evolución de oxígeno (OER), aunque ligeramente alterada por el proceso de remodelación, no solo hace que la división del agua sea más asequible, sino que también simplifica los desafíos de ingeniería.
La mayoría de los materiales son más adecuados para HER o OER, pero se requieren ambas reacciones para completar la reacción química y producir hidrógeno a partir del agua. Zhifeng Ren, director del Centro de Supraconductividad de Texas en UH y autor correspondiente del artículo, dijo que el nuevo catalizador no solo permite una operación eficiente con un solo catalizador, sino que también funciona igualmente bien en agua de mar y agua dulce. «En comparación con los catalizadores existentes, esto está a la par con el mejor jamás informado», dijo.
Utilizando agua de mar alcalina y funcionando en condiciones casi industriales, el catalizador entregó una densidad de corriente de 1000 miliamperios/centímetro cuadrado a solo 1,56 voltios en agua de mar y se mantuvo estable durante 80 horas de prueba.
El sólido desempeño del catalizador en agua de mar podría resolver un problema: la mayoría de los catalizadores disponibles funcionan mejor en agua dulce. Descomponer el agua de mar es más complicado, en parte debido a la corrosión asociada con la sal y otros minerales. Ren, quien también es profesor titular de física de MD Anderson en la UH, dijo que el nuevo catalizador también produce oxígeno puro y evita el subproducto potencial del gas de cloro corrosivo producido por algunos catalizadores.
Pero los suministros de agua dulce se están volviendo cada vez más limitados debido a la sequía y al crecimiento de la población. El agua de mar, por otro lado, es abundante. «Incluso si un catalizador funciona para agua salada, generalmente requiere un mayor consumo de energía», dijo Ren. “En este caso, es una muy buena noticia que se requiere casi el mismo consumo de energía que con agua dulce”.
Shuo Chen, profesor asociado de física en la UH y coautor del artículo, dijo que la fuerte densidad de corriente reportada del catalizador a un voltaje relativamente bajo reduce el costo de energía para producir hidrógeno. Pero esa es solo una forma en que el catalizador aborda la asequibilidad, dijo Chen, quien también es investigador principal en TcSUH.
Mediante el uso de un material, el compuesto de níquel/molibdeno/nitrógeno optimizado para hierro, para el HER y luego el ciclo de voltaje para activar la reconstrucción electroquímica para producir un material ligeramente diferente, un óxido de hierro/molibdeno/óxido de níquel, para el OER, los investigadores eliminar la necesidad de un segundo catalizador al tiempo que simplifica los requisitos técnicos, dijo Chen.
«Si está fabricando un dispositivo con dos materiales diferentes en dos electrodos, debe averiguar cómo puede fluir la carga eléctrica a través de cada electrodo y diseñar la estructura para que coincida», dijo. “En este caso, el material no es exactamente el mismo porque uno (electrodo) se somete a una reconstrucción electroquímica, pero es un material muy similar, por lo que la construcción es más sencilla”.
Además de Ren y Chen, los investigadores del artículo incluyen a Minghui Ning, Fanghao Zhang, Libo Wu, Xinxin Xing, Dezhi Wang, Shaowei Song y Jiming Bao, todos con UH; Qiancheng Zhou de la Universidad Normal de China Central; y Luo Yu de la Universidad China de Hong Kong.
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