Los químicos de la Universidad de Rice han producido un catalizador basado en grafeno inducido por láser que divide el agua en hidrógeno en un lado y oxígeno en el otro. Dijeron que el material económico puede ser un componente práctico en la generación de hidrógeno para su uso en futuras pilas de combustible.

El material de fácil fabricación desarrollado por el laboratorio Rice del químico James Tour ofrece una forma robusta y eficiente de almacenar energía química. Las pruebas mostraron que el catalizador delgado producía grandes burbujas de oxígeno e hidrógeno en ambos lados simultáneamente.

El proceso es el tema de un artículo en la American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados .

"Actualmente, el hidrógeno se produce convirtiendo el gas natural en una mezcla de dióxido de carbono e hidrógeno, ", Dijo Tour." Entonces, por cada dos moléculas de hidrógeno, se forma una molécula de dióxido de carbono, haciendo de este proceso tradicional un emisor de gases de efecto invernadero.

"Pero si uno divide el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando un sistema catalítico y electricidad generada a partir de energía eólica o solar, entonces el hidrógeno proporcionado es completamente renovable, ", dijo." Una vez utilizado en una pila de combustible, vuelve a ser agua sin otras emisiones. Y las pilas de combustible suelen ser dos veces más eficientes que los motores de combustión interna, más ahorro de energía ".

El catalizador es otro uso del versátil grafeno inducido por láser (LIG), que Rice introdujo en 2014. LIG se produce mediante el tratamiento de la superficie de una hoja de poliimida, un plástico económico, con un láser. En lugar de una hoja plana de átomos de carbono hexagonales, LIG es una espuma de láminas de grafeno con un borde adherido a la superficie subyacente y bordes químicamente activos expuestos al aire.

LIG en sí es inerte, por lo que convertirlo en un divisor de agua implica algunos pasos más. Primero, el laboratorio impregnó el lado del plástico destinado a extraer hidrógeno del agua con partículas de platino; luego, el laboratorio usó un láser para calentar la superficie y hacer LIG. El material de arroz utiliza solo una cuarta parte del platino que se encuentra en los catalizadores comerciales, dijo Jibo Zhang, estudiante de posgrado de Rice y autor principal del artículo.

El otro lado, para la evolución de oxígeno, primero se convirtió en LIG y luego se mejoró con níquel y hierro mediante deposición electroquímica. Ambos lados mostraron potenciales de inicio bajos (el voltaje necesario para iniciar una reacción) y un rendimiento sólido por encima de 1, 000 ciclos.

El laboratorio ideó otra variación:convertir la poliimida en un catalizador LIG con cobalto y fósforo que podría reemplazar los lados de platino o níquel-hierro para producir hidrógeno u oxígeno. Si bien el material de bajo costo se beneficia al eliminar los costosos metales nobles, sacrifica algo de eficiencia en la generación de hidrógeno, Tour dijo.

Cuando se configura con cobalto-fósforo para el desprendimiento de hidrógeno y níquel-hierro para el oxígeno, el catalizador entregó una densidad de corriente de 10 miliamperios por centímetro cuadrado a 1,66 voltios. Podría aumentarse a 400 miliamperios por centímetro cuadrado a 1,9 voltios sin degradar el material. La densidad de corriente gobierna la velocidad de la reacción química.

Tour dijo que el LIG mejorado ofrece un rendimiento de división del agua que es comparable y, a menudo, mejor que muchos sistemas actuales. con la ventaja de su separador inherente entre productos de oxígeno e hidrógeno. Señaló que puede encontrar un gran valor como una forma de almacenar químicamente energía de plantas de energía solar o eólica remotas que de otro modo se perderían en la transmisión.

El material también podría servir como base para plataformas de electrocatálisis eficientes para la reducción de dióxido de carbono u oxígeno, él dijo.