Figura 1. Comparación de los sobrepotenciales a 10 mA cm-2 con los catalizadores HER reportados recientemente en condiciones tanto ácidas como alcalinas. Crédito:Profesor Jong-Beom Baek, UNISTA
Investigadores de todo el mundo están trabajando activamente para acelerar el desarrollo de nuevos catalizadores que pueden reducir considerablemente el costo de producción de hidrógeno. Se ha informado de varios catalizadores revolucionarios, sin embargo, su rendimiento esperado a menudo se desconoce antes de la implementación, y por lo tanto se requiere más investigación para su uso práctico. Un estudio reciente, UNIST afiliado, ha introducido un catalizador novedoso de alta eficiencia para la generación de hidrógeno y también se ha demostrado su rendimiento catalítico esperado.
El profesor Jong-Beom Baek y su equipo de investigación de la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST han desarrollado con éxito un nuevo catalizador de hidrógeno que separa el agua, que consiste en nanopartículas de rutenio (Ru) distribuidas uniformemente y ancladas en la superficie de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), o (Ru @ MWCNT). El equipo de investigación también evaluó el rendimiento catalítico de Ru @ MWCNT. Los resultados indicaron que el catalizador Ru @ MWCNT es superior en muchos aspectos a los catalizadores comerciales de Pt / C. Los nuevos catalizadores son simples de sintetizar y pueden producirse en masa, según el equipo de investigación.
"Además de introducir catalizadores altamente eficientes y estables que superan las características de los materiales existentes, este estudio tiene como objetivo evaluar el rendimiento catalítico de los electrodos de catalizador, que es una parte esencial de la comercialización, "dice el profesor Baek.
El hidrógeno es el elemento más abundante, que representa el 75% del universo, y se ha considerado una fuente de energía eficiente y respetuosa con el medio ambiente para el futuro. En la actualidad, la mayor parte del hidrógeno se produce a partir de combustibles fósiles, como el gas natural y esto a menudo libera dióxido de carbono (CO 2 ) emisiones en el proceso. Como alternativa, Se ha sugerido el proceso de usar electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. pero esto requiere el uso de catalizadores costosos, como el platino.
Figura 2. Ilustración esquemática de los pasos del proceso para formar el catalizador Ru @ MWCNT. Crédito:Profesor Jong-Beom Baek, UNISTA
Por eso, El equipo del profesor Baek ha estado desarrollando constantemente catalizadores que no solo son superiores en rendimiento a los catalizadores de platino tradicionales, pero tienen costos de producción más bajos. El catalizador Ru @ MWCNT exhibe propiedades electroquímicas superiores a los catalizadores organometálicos anunciados anteriormente. El catalizador demuestra un excelente desempeño HER con sobrepotenciales bajos (Ver Figura 1), durabilidad excepcional y alta frecuencia de rotación en condiciones ácidas y alcalinas.
Los catalizadores Ru @ MWCNT toman la estructura, en el que las nanopartículas de rutenio (Ru) se distribuyen uniformemente y se anclan en la superficie de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT). Gracias a la distribución más pequeña del tamaño de partícula y a la uniformidad de las partículas, muestra un excelente rendimiento de ELLA y, para ello, También se ha desarrollado un proceso de fabricación.
"El método existente de combinar Ru y CNT, hay una tendencia a que las partículas de Ru se peguen y al aumentar constantemente el tamaño del aglomerado durante el tratamiento térmico, "dice Do Hyung Kweon (Maestría / Doctorado Combinado en Ingeniería Química y Energética, UNIST), el primer autor del estudio. "Suprimimos esta aglomeración de partículas mediante la introducción de 'sal de Ru' y '-COOH' y esto permitió la distribución uniforme de nanopartículas de Ru en la superficie del MWCNT".
Figura 3. Evaluación de su desempeño en la división real del agua. Crédito:Profesor Jong-Beom Baek, UNISTA
Para determinar con precisión el rendimiento del nuevo catalizador, El profesor Baek ha realizado la evaluación de desempeño de HER en la construcción y análisis del sistema de división de agua real, además de la medición de sobrepotencial existente. Sus resultados muestran que Ru @ MWCNT produce un 15,4% más de hidrógeno por consumo de energía que el Pt / C comercial y la eficiencia de Faradaic (92,28%) es superior a Pt / C (85,97%).
"Los estudios anteriores sobre catalizadores de hidrógeno se centran en la evaluación del rendimiento catalítico en sí, y eran inadecuados para lidiar con la construcción y el análisis del sistema de división de agua real, ", dice el profesor Baek." Este estudio es significativo ya que puede predecir la aplicabilidad real de HER ".
Los resultados de esta investigación se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
