La portada muestra la producción de gas hidrógeno cuando los electrones y los protones se encuentran en nanoláminas de nitruro de carbono grafítico complejado con iones de rutenio soportadas sobre una superficie de grafeno. La imagen está basada en una antigua leyenda china de Niulang y Zhinü. Niulang era un pastor de vacas humano y Zhinü era un hada del cielo. Ellos se enamoraron. Sin embargo, su amor fue prohibido por la reina del hada, que los separó a la fuerza por el Río de la Plata. Los amantes solo podían verse una vez al año, el séptimo día del séptimo mes lunar, con la ayuda de una bandada de urracas que formaron un puente. Se puede encontrar más información en el documento completo de Peng et al en la página 130 en el número 1, 2018 (DOI:10.1002 / cssc.201701880). Crédito:Yi Peng / ChemSusChem
Un material compuesto nanoestructurado desarrollado en UC Santa Cruz ha mostrado un desempeño impresionante como catalizador para la división electroquímica del agua para producir hidrógeno. Un eficiente, El catalizador de bajo costo es esencial para hacer realidad la promesa del hidrógeno como un combustible ecológico.
Investigadores dirigidos por Shaowei Chen, profesor de química y bioquímica en UC Santa Cruz, han estado investigando el uso de materiales nanoestructurados a base de carbono como catalizadores para la reacción que genera hidrógeno a partir del agua. En un estudio reciente, obtuvieron buenos resultados al incorporar iones de rutenio en una nanoestructura en forma de lámina compuesta de nitruro de carbono. El rendimiento se mejoró aún más al combinar el nitruro de carbono dopado con rutenio con grafeno, una forma de carbono en forma de hoja, para formar un compuesto en capas.
"La química de unión del rutenio con el nitrógeno en estos materiales nanoestructurados juega un papel clave en el alto rendimiento catalítico, ", Dijo Chen." También demostramos que la estabilidad del catalizador es muy buena ".
Los nuevos hallazgos fueron publicados en ChemSusChem , una revista de primer nivel que cubre la química sostenible y los materiales energéticos, y el artículo aparece en la portada del número del 10 de enero. Primer autor Yi Peng, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Chen, dirigió el estudio y diseñó la imagen de portada.
El hidrógeno ha sido atractivo durante mucho tiempo como combustible limpio y renovable. Una pila de combustible de hidrógeno que alimenta un vehículo eléctrico, por ejemplo, emite solo vapor de agua. En la actualidad, sin embargo, La producción de hidrógeno todavía depende en gran medida de los combustibles fósiles (principalmente utilizando vapor para extraerlo del gas natural). Encontrar un bajo costo, Una forma eficiente de extraer hidrógeno del agua a través de la electrólisis sería un gran avance. Electricidad de fuentes renovables como energía solar y eólica, que puede ser intermitente y poco fiable, Entonces podría almacenarse y distribuirse fácilmente como combustible de hidrógeno.
En la actualidad, los catalizadores más eficientes para la reacción electroquímica que genera hidrógeno a partir del agua se basan en platino, que es escasa y cara. Los materiales a base de carbono se han mostrado prometedores, pero su rendimiento no se ha acercado al de los catalizadores a base de platino.
En el nuevo material compuesto desarrollado por el laboratorio de Chen, los iones de rutenio incrustados en las nanohojas de nitruro de carbono cambian la distribución de electrones en la matriz, creando sitios más activos para la unión de protones para generar hidrógeno. Agregar grafeno a la estructura mejora aún más la redistribución de electrones.
"El grafeno forma una estructura sándwich con las nanohojas de nitruro de carbono y da como resultado una mayor redistribución de electrones. Esto nos da una mayor eficiencia de reducción de protones, "Dijo Chen.
El rendimiento electrocatalítico del compuesto fue comparable al de los catalizadores comerciales de platino, informaron los autores. Chen señaló, sin embargo, que los investigadores aún tienen un largo camino por recorrer para lograr una producción de hidrógeno barata y eficiente.
