Pronto podría estar disponible una alternativa simple y de bajo costo a los costosos catalizadores a base de platino que generan hidrógeno a partir del agua, gracias a los investigadores de A * STAR.

Un equipo del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales de A * STAR ha desarrollado un enfoque de un solo paso para sintetizar fosfuros de cobalto que exhiben una buena actividad electroquímica en la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER). "A diferencia de los caros y escasos catalizadores basados ​​en platino, Estos catalizadores de cobalto funcionalizados con fósforo son particularmente prometedores debido a su estabilidad a largo plazo y su idoneidad para la implementación industrial a gran escala. "explica Yun Zong, quien lideró el equipo con Zhaolin Liu.

El hidrógeno es denso en energía, fuente de combustible limpia y renovable que juega un papel clave en muchos procesos industriales, como la producción de amoníaco, así como el procesamiento y refinado de combustibles fósiles. Todavía, se produce principalmente a través del reformado con vapor de gas natural, una extracción a alta temperatura de hidrocarburos que emite dióxido de carbono en grandes cantidades.

Electrólisis de agua y división de agua impulsada por luz, que aíslan el hidrógeno del agua, han surgido como alternativas atractivas y respetuosas con el medio ambiente a este proceso. Estos enfoques electroquímicos dependen de la lenta formación de oxígeno en el ánodo concomitante con la reacción de desprendimiento de hidrógeno en el cátodo. Sin embargo, mientras que el desprendimiento de hidrógeno ha demostrado ser más fácil en condiciones ácidas, Los electrocatalizadores desarrollados para acelerar la reacción anódica han mostrado una mayor actividad en medios alcalinos. En respuesta a esto, el equipo ha ideado fosfuros de cobalto nanoestructurados que pueden facilitar la reacción de desprendimiento de hidrógeno independientemente del pH del medio acuoso.

Los investigadores han elaborado una síntesis fácil y escalable que produce catalizadores en un solo paso. En esta síntesis de un solo paso, un compuesto que contiene fósforo reacciona directamente con las sales de cobalto disponibles comercialmente cuando se calienta a 330 grados Celsius. Esta inusual 'fosfidación' de gas-sólido produce una mezcla de compuestos que contienen cobalto, incluyendo fosfuros mono y bimetálicos, óxidos, y trazas de metales con una pequeña cantidad de fosfina gaseosa.

"Se espera que cada una de estas especies cobaltosas beneficie la actividad general de HER, "dice Zong, observando que la mayoría de las reacciones de fosfidación gas-sólido solo dan el derivado monometálico con bajos rendimientos. Agrega que las síntesis convencionales requieren múltiples pasos que involucran la producción de un precursor de cobalto y la posterior formación de fosfuro.

Además de integrar sus catalizadores a base de cobalto en un sistema de separación de agua, el equipo está trabajando actualmente en el cribado de otras sales de metales de transición y en la optimización de los procedimientos sintéticos. "Estos protocolos pueden extenderse a la fosfidación en un solo paso de otras sales de metales de transición, "dice Zong, agregar esa información sobre la fosfidación directa de sales de cobalto proporciona una valiosa información para la futura síntesis a gran escala de fosfuros de metales de transición.