El agua de mar es uno de los recursos más abundantes de la tierra, ofreciendo promesas tanto como fuente de hidrógeno, deseable como fuente de energía limpia, como de agua potable en climas áridos. Pero incluso cuando las tecnologías de división de agua capaces de producir hidrógeno a partir de agua dulce se han vuelto más efectivas, el agua de mar sigue siendo un desafío.

Investigadores de la Universidad de Houston han informado de un avance significativo con un nuevo catalizador de reacción de evolución de oxígeno que, combinado con un catalizador de reacción de desprendimiento de hidrógeno, logró densidades de corriente capaces de soportar las demandas industriales al tiempo que se requería un voltaje relativamente bajo para iniciar la electrólisis del agua de mar.

Los investigadores dicen que el dispositivo compuesto de nitruros de metales no nobles económicos, logra evitar muchos de los obstáculos que han limitado los intentos anteriores de producir de forma económica hidrógeno o agua potable a partir del agua de mar. El trabajo se describe en Comunicaciones de la naturaleza .

Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en UH y autor correspondiente del artículo, Dijo que un obstáculo importante ha sido la falta de un catalizador que pueda dividir eficazmente el agua de mar para producir hidrógeno sin liberar también iones de sodio. cloro, calcio y otros componentes del agua de mar, que una vez liberado puede asentarse sobre el catalizador y dejarlo inactivo. Los iones de cloro son especialmente problemáticos, en parte porque el cloro requiere un voltaje ligeramente más alto para liberar el que se necesita para liberar hidrógeno.

Los investigadores probaron los catalizadores con agua de mar extraída de la bahía de Galveston frente a la costa de Texas. Ren, M.D. Anderson Catedrático de física en la UH, dijo que también funcionaría con aguas residuales, proporcionando otra fuente de hidrógeno a partir de agua que de otro modo no se podría utilizar sin un tratamiento costoso.

"La mayoría de la gente usa agua dulce limpia para producir hidrógeno mediante la división del agua, ", dijo." Pero la disponibilidad de agua dulce limpia es limitada ".

Para abordar los desafíos, los investigadores diseñaron y sintetizaron un catalizador de reacción de evolución de oxígeno de núcleo-capa tridimensional utilizando nitruro de metal de transición, con nanopartículas hechas de un compuesto de níquel-nitruro de hierro y nanobarras de níquel-molibdeno-nitruro sobre espuma porosa de níquel.

Primer autor Luo Yu, un investigador postdoctoral en la UH que también está afiliado a la Universidad Normal de China Central, dijo que el nuevo catalizador de reacción de desprendimiento de oxígeno se combinó con un catalizador de reacción de desprendimiento de hidrógeno del que se había informado anteriormente de nanobarras de níquel-molibdeno-nitruro.

Los catalizadores se integraron en un electrolizador alcalino de dos electrodos, que puede ser alimentado por calor residual a través de un dispositivo termoeléctrico o por una batería AA.

Los voltajes de celda necesarios para producir una densidad de corriente de 100 miliamperios por centímetro cuadrado (una medida de densidad de corriente, o mA cm ^-2 ) osciló entre 1,564 V y 1,581 V.

El voltaje es significativo, Yu dijo, porque si bien se requiere un voltaje de al menos 1.23 V para producir hidrógeno, el cloro se produce a un voltaje de 1,73 V, lo que significa que el dispositivo tenía que poder producir niveles significativos de densidad de corriente con un voltaje entre los dos niveles.