Para resolver la crisis energética y los problemas medioambientales, La investigación para alejarse de los combustibles fósiles y convertirla en energía de hidrógeno sostenible y ecológica está muy avanzada en todo el mundo. Recientemente, Un equipo de investigadores de POSTECH ha propuesto una forma de producir combustible de hidrógeno de manera eficiente a través de electrólisis de agua utilizando níquel económico y fácilmente disponible como electrocatalizador. dar luz verde a la era de la economía del hidrógeno.

Un equipo de investigación de POSTECH dirigido por el profesor Jong Kyu Kim y Ph.D. el candidato Jaerim Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y un equipo dirigido por el profesor Jeong Woo Han y Ph.D. El candidato Hyeonjung Jung del Departamento de Ingeniería Química ha desarrollado conjuntamente un sistema catalizador a base de níquel altamente eficiente dopado con átomos de metales de transición oxófilos y ha identificado la correlación entre las propiedades de adsorción catalítica y la cinética de la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER) en un medio alcalino. Reconocidos por su importancia, Estos resultados de la investigación se presentaron como el artículo de portada de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

La pila de combustible es un dispositivo de generación de energía ecológico que produce electricidad mediante una reacción química en la que el oxígeno (O ₂ ) e hidrógeno (H ₂ ) producen agua (H ₂ O). Durante este proceso, la reducción de la electrólisis del agua se produce como una contrarreacción, que disocia el agua para generar combustible de hidrógeno. Se sabe que esta es la forma más segura y sostenible para el medio ambiente de producir combustible de hidrógeno de alta pureza en grandes cantidades. Sin embargo, tiene la desventaja de ser costoso e ineficiente, ya que requiere el uso de metales preciosos como electrodos. Para reducir el costo unitario del combustible de hidrógeno producido mediante electrólisis de agua, es primordial desarrollar una actividad altamente activa, estable, y catalizador electroquímico económico, capaz de maximizar el rendimiento de la producción de hidrógeno.

A esto, El equipo de investigación conjunto diseñó un catalizador altamente efectivo combinando níquel abundante en la tierra con una serie de elementos de metales de transición oxófilos para optimizar las capacidades de adsorción en HER alcalino. El equipo demostró además que la incorporación de dopantes oxofílicos puede controlar eficazmente las propiedades de adsorción de la superficie de los catalizadores a base de Ni.

Para mejorar aún más la actividad HER de los catalizadores a base de Ni, los investigadores introdujeron una matriz de nanohélice (NH) tridimensional (3-D) única, fabricado fácilmente mediante un método de codificación de ángulo oblicuo, para abundantes sitios tensioactivos, vías eficientes para la transferencia de carga, y canales abiertos para el transporte masivo. Habían fabricado con éxito un catalizador de Ni NHs incorporado de Cr altamente activo y estable que mostraba una excelente eficiencia de producción de hidrógeno con una sobretensión reducida más de cuatro veces en comparación con los catalizadores convencionales de película delgada a base de níquel.

"Esta investigación es significativa porque proporciona la base académica para el alto rendimiento y la comercialización de un sistema de conversión de energía de hidrógeno sostenible, "explicó el profesor Jong Kyu Kim, el autor correspondiente del artículo. "Los conceptos centrales de la estrategia de diseño y la metodología experimental para electrocatalizadores bimetálicos eficientes pueden aplicarse no solo a los electrolizadores de agua, sino también a las pilas de combustible, reducción de dióxido de carbono, y sistema fotoelectroquímico. Se prevé que la obtención de esta tecnología original tendrá un efecto dominó significativo y una expansión tecnológica en el sector de la energía ambiental ".

Profesor Jeong Woo Han, el coautor correspondiente del artículo, adicional, "La química computacional ha acelerado drásticamente la reacción de electrólisis del agua al encontrar rápidamente bimetales que pueden controlar la fuerza de adsorción del catalizador para permitir la fabricación de electrocatalizadores bimetálicos utilizando solo materiales no preciosos".