Los químicos de la Universidad Nacional de Singapur han desarrollado un método para confinar nanopartículas de metales nobles en capas, Materiales cuasi-bidimensionales (2-D) para una producción eficiente de hidrógeno.

El hidrógeno es un combustible limpio que se puede quemar en una celda de combustible para producir energía con un impacto mínimo en el medio ambiente. Un método para producir hidrógeno es mediante el uso de electricidad para las moléculas de agua derramadas, en presencia de un catalizador. Los investigadores de NUS han desarrollado una forma de crear catalizadores estables y selectivos que se pueden utilizar para una producción eficiente de hidrógeno. Su método encapsula nanopartículas de metales nobles en materiales cuasi-2-D mediante un sencillo método de reducción in situ. Es como poner los ingredientes entre los pedazos de pan en un sándwich. Este nuevo método es una forma más fácil de producir esta estructura, evitando el tedioso proceso de exfoliación de las nanohojas 2-D. El espacio confinado dentro de las capas cuasi-2-D proporciona un entorno bien controlado para que tenga lugar la catálisis. También evita que contaminantes de mayor tamaño o moléculas neutras afecten el proceso catalítico. En sus pruebas, los catalizadores muestran una excelente actividad y estabilidad a largo plazo cuando se utilizan para la producción de hidrógeno.

Reacciones confinadas de interfaz, que puede modular la unión de reactivos con centros catalíticos e influir en la velocidad del transporte de masa desde la solución a granel, han surgido como una estrategia viable para lograr una catálisis altamente estable y selectiva. Sin embargo, el confinamiento de nanopartículas en 2-D, Los materiales en capas son un desafío debido a la fuerte fuerza de van der Waals entre las nanohojas adyacentes. Los métodos convencionales que se basan en la difusión de precursores de iones por fuerza capilar no son factibles para lograr este objetivo.

Profesor LOH Kian Ping, junto con su Ph.D. estudiantes CHEN Zhongxin, LENG Kai, ZHAO Xiaoxu, del Departamento de Química, NUS, empleó una estrategia ingeniosa basada en la reducción in situ de precursores de iones para introducir nanopartículas en los espacios internos del material huésped. El crecimiento de nanopartículas dentro de un espacio confinado da como resultado un tamaño de partícula más pequeño con un rendimiento catalítico mejorado. Este avance de investigación se logra en colaboración con electroquímico, Prof YEO Boon Siang del Departamento de Química, NUS. El profesor Yeo investigó la cinética de difusión anisotrópica de los reactivos para explicar la excelente estabilidad a largo plazo de estos catalizadores.

A diferencia de otros trabajos de investigación sobre catalizadores 2-D, este trabajo no implica la exfoliación de nanohojas 2-D, que es un proceso complicado. En lugar de, los investigadores se aprovecharon de los efectos altamente reductores, materiales huésped litiados (LixMoS2) para reaccionar con precursores de iones. Esto proporciona una fuerza impulsora fuerte para superar las interacciones de van der Waals y transforma los materiales cuasi-2-D en un único, MoS2 | metales nobles | Estructura sándwich de MoS2 (Figura 1). Los investigadores demostraron además la escalabilidad industrial fabricando y probando una membrana de división de agua cargada con catalizador de 25 cm2. Esto no tiene precedentes en la investigación actual en 2-D, que a menudo están limitados por el tamaño de las escamas exfoliadas y la dificultad de recubrir por rotación una película continua. La interacción sinérgica entre el huésped y el huésped permite una operación a largo plazo del catalizador para la producción de hidrógeno. También tiene una carga de metal reducida en comparación con el catalizador disponible comercialmente. Este nuevo concepto de confinamiento que utiliza materiales 2-D se puede aplicar potencialmente a muchas otras reacciones catalíticas que involucran aplicaciones relacionadas con la energía.