Los investigadores de A * STAR y NTU han creado nanomateriales que aceleran la producción de gas hidrógeno. Este trabajo podría ayudar a desarrollar tecnologías más eficientes para producir este combustible limpio.

Cuando el hidrógeno arde, produce solo agua como subproducto, lo que lo convierte en un combustible limpio y atractivo para vehículos y otras aplicaciones energéticas. Sin embargo, La mayor parte del hidrógeno del mundo se produce actualmente utilizando combustibles fósiles en un proceso que emite grandes cantidades de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero.

Por lo tanto, los investigadores están buscando producir hidrógeno dividiendo el agua utilizando electricidad generada por fuentes renovables. Estos sistemas de electrólisis suelen utilizar electrodos que contienen catalizadores, que aceleran la producción de hidrógeno y reducen la cantidad de electricidad necesaria para impulsar la reacción de desprendimiento de hidrógeno, una de las dos reacciones involucradas en la división del agua.

Ahora, Yonghua Du del Instituto A * STAR de Ciencias Químicas e Ingeniería, trabajando con el grupo de Hua Zhang en la Universidad Tecnológica de Nanyang, ha investigado las capacidades catalíticas de nanomateriales basados ​​en seleniuro de sulfuro de renio.

Los investigadores se centraron en una fase que contiene cadenas en zigzag de átomos de renio entre capas pandeadas de azufre y selenio. Utilizaron un reactivo químico para insertar litio entre estas capas atómicas. La adición de agua desencadenó una reacción que separó puntos de material de solo 2 nanómetros de tamaño.

Luego, el equipo probó nanopartículas que contenían proporciones variables de azufre y selenio. El material con cantidades iguales de azufre y selenio tuvo el mejor rendimiento catalítico, requiriendo el voltaje más bajo para catalizar la reacción de desprendimiento de hidrógeno. Este material en particular también fue muy estable, mostrando una pérdida de rendimiento insignificante incluso después de 20, 000 ciclos de prueba.

Para comprender los orígenes de esta actividad catalítica, El equipo de Du utilizó la espectroscopia de absorción de rayos X para estudiar la disposición de los átomos en las nanopartículas. Descubrieron que el proceso utilizado para crear las nanopartículas también podría crear defectos al eliminar los átomos de azufre de la estructura del material.

El grupo de Zhang realizó más experimentos y cálculos teóricos para demostrar que estos defectos mejoraron la actividad catalítica de las nanopartículas al permitir que se acumulara una carga en los átomos de renio junto al sitio del azufre faltante (ver imagen).

"La ingeniería de defectos ha demostrado ser una de las formas más efectivas de mejorar la actividad de los catalizadores para la reacción de desprendimiento de hidrógeno electrocatalítico, y la espectroscopia de absorción de rayos X es una técnica clave para desentrañar los defectos en los nanomateriales, "dice Zhang.

Los investigadores dicen que este enfoque para comprender la actividad catalítica debería ayudar en el diseño y síntesis de otros electrocatalizadores de alto rendimiento.