Romper los enlaces entre el oxígeno y el hidrógeno en el agua podría ser la clave para la creación de hidrógeno de manera sostenible. pero ha resultado difícil encontrar una técnica económicamente viable para ello. Los investigadores informan de un nuevo catalizador generador de hidrógeno que elimina muchos de los obstáculos:abundancia, estabilidad en condiciones ácidas y eficiencia.

En el diario 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 romper las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Los más eficientes de estos dispositivos utilizan ácidos corrosivos y materiales de electrodos hechos de compuestos metálicos de 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 en busca de un material alternativo.

"Gran parte del trabajo anterior se realizó con electrolizadores hechos de solo dos elementos:un metal y oxígeno, "dijo Hong Yang, coautor y profesor de ingeniería química y biomolecular en Illinois. "En un estudio reciente, Descubrimos que si un compuesto tiene dos elementos metálicos (itrio y rutenio) y oxígeno, la velocidad de la reacción de desdoblamiento del agua aumentó ".

Yao Qin, un coautor y ex miembro del grupo de Yang, Primero experimentó con el procedimiento para fabricar este nuevo material usando diferentes ácidos y temperaturas de calentamiento para aumentar la velocidad de la reacción de división del agua.

Los investigadores encontraron que cuando usaban ácido perclórico como catalizador y dejaban que la mezcla reaccionara bajo calor, la naturaleza física del producto de rutenato de itrio cambió.

"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 y un investigador postdoctoral. El nuevo material poroso que desarrolló el equipo, un óxido de pirocloro de rutenato 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 muy deseable cuando se trata de electrocatalizadores, ", Dijo Yang." Estos poros se pueden producir sintéticamente con plantillas y sustancias de tamaño nanométrico para hacer cerámica; sin embargo, ésos no pueden resistir las condiciones de alta temperatura necesarias para fabricar 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 rutenato de itrio original que desarrollaron en un estudio anterior. y tres veces la de los óxidos de iridio y rutenio utilizados comercialmente.

"Fue sorprendente descubrir que el ácido que elegimos como catalizador para esta reacción resultó mejorar la estructura del material utilizado para los electrodos, "Dijo Yang." Este descubrimiento fue fortuito y muy valioso para nosotros ".

Los próximos pasos del grupo son fabricar un dispositivo a escala de laboratorio para realizar más pruebas y continuar mejorando la estabilidad del electrodo poroso en entornos ácidos. Dijo Yang.

"La estabilidad de los electrodos en 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 ".

Estudiante de posgrado Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand y el investigador del Laboratorio Nacional Argonne, Cheng-Jun Sun, también contribuyeron a esta investigación.