La recolección de energía regenerativa a menudo genera más electricidad de la que se necesita directamente. Los procesos electroquímicos podrían usarse para almacenar el exceso de energía o hacerla utilizable. Aunque la investigación intensiva sobre los catalizadores necesarios para esto se ha llevado a cabo durante 20 años, el progreso solo se está logrando en pequeños pasos. ¿Qué tendría que cambiar en la investigación para desarrollar eficientes, Los catalizadores estables y selectivos para aplicaciones industriales son descritos por el Dr. Justus Masa del Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química, La profesora Corina Andronescu de la Universidad de Duisburg-Essen y el profesor Wolfgang Schuhmann de Ruhr-Universität Bochum en un artículo de revisión. Fue publicado en línea en la revista. Angewandte Chemie el 30 de junio de 2020.

Reacciones químicas para la conversión de energía.

Tres reacciones químicas serían particularmente adecuadas para la conversión de energía:la electrólisis del agua en hidrógeno y oxígeno, que luego se puede utilizar para generar energía eléctrica en pilas de combustible; la conversión de nitrógeno en amoniaco, un importante material de partida para la industria química; y la conversión electroquímica de CO ₂ en otras materias primas para la industria, como el etileno.

Actividad, selectividad y estabilidad de catalizadores

En su artículo de revisión, Los autores describen que la investigación sobre nuevos catalizadores debe tener siempre en cuenta tres factores:actividad, selectividad y estabilidad. La actividad describe qué tan poderoso es un catalizador con una entrada de energía determinada. La selectividad se define como la capacidad de producir la sustancia deseada sin contaminar los subproductos. La estabilidad indica qué tan eficiente es un catalizador a largo plazo.

"Muchas publicaciones afirman tener una gran actividad, estabilidad y selectividad de electrocatalizadores para reacciones importantes de conversión de energía, pero faltan pruebas, "dice Wolfgang Schuhmann, director del Centro de Electroquímica y miembro del Clúster de Excelencia de Solvatación de Ruhr Explores, Resolv.

Brecha entre la investigación básica y la aplicación

Masa, Andronescu y Schuhmann critican, entre otras cosas, que a menudo no se concede suficiente importancia a la estabilidad de los catalizadores. "La subestimación de la estabilidad del catalizador es en gran parte responsable de la enorme brecha entre los avances aparentemente emocionantes en el diseño de catalizadores activos y la implementación práctica de tales catalizadores en aplicaciones técnicas, " escriben.

El equipo identifica cinco factores que dificultan el paso de la investigación a la práctica:

• El rendimiento y las propiedades del material de los catalizadores en condiciones relevantes para la aplicación difieren de los de laboratorio.
• No existen pautas definidas para evaluar y comparar el desempeño de los catalizadores.
• A menudo se utilizan métodos de caracterización inadecuados para determinar el rendimiento de las reacciones electrocatalíticas.
• Se sabe muy poco sobre los centros activos de los catalizadores y su estabilidad a largo plazo. Por ejemplo, Se desprecian las influencias de las moléculas de disolvente circundantes y los iones sobre la función.
• Para determinar la actividad de un catalizador, debe conocerse su superficie real. Los conjuntos de nanopartículas se utilizan a menudo como catalizadores para los que los métodos convencionales de determinación de superficies no son adecuados.

En su artículo, Justus Masa, Corina Andronescu y Wolfgang Schuhmann utilizan resultados experimentales para demostrar lo importante que es pensar siempre en la estabilidad de los catalizadores de forma integrada con su actividad. Proponen varios métodos para medir de forma fiable la actividad y se refieren a la nanoelectroquímica. Si se utilizan conjuntos de nanopartículas como catalizadores, las nanopartículas individuales deben caracterizarse, no conjuntos de partículas, ya que de lo contrario se producirán interferencias. Finalmente, los autores piden un cambio de paradigma en el diseño de catalizadores. Enumeran enfoques prometedores que podrían producir los productos deseados de una manera altamente selectiva.