Hoy dia, podemos decir sin lugar a dudas que se necesita una alternativa a los combustibles fósiles. Los combustibles fósiles no solo son fuentes de energía no renovables, sino que también se encuentran entre las principales causas del calentamiento global y la contaminación del aire. Por lo tanto, Muchos científicos de todo el mundo tienen sus esperanzas puestas en lo que consideran el combustible del mañana:el hidrógeno (H ₂ ). Aunque H ₂ es un combustible limpio con una densidad energética increíblemente alta, generar de manera eficiente grandes cantidades sigue siendo un desafío técnico difícil.

La división del agua, la ruptura de las moléculas de agua, es uno de los métodos más explorados para producir H ₂ . Si bien hay muchas formas de hacerlo, Las técnicas de separación de agua de mejor rendimiento involucran electrocatalizadores hechos de metales costosos, como el platino, rutenio, e iridio. El problema radica en que los electrocatalizadores conocidos hechos de abundantes metales son bastante ineficaces en la reacción de evolución de oxígeno (REA), el aspecto más desafiante del proceso de división del agua.

En un estudio reciente publicado en Materiales de energía aplicada ACS , un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón, encontró un candidato electrocatalizador notable para la división de agua rentable:óxido de hierro y calcio (CaFe ₂ O ₄ ). Mientras que los óxidos de hierro (Fe) son mediocres en los REA, estudios anteriores habían señalado que combinarlo con otros metales podría aumentar su rendimiento a niveles realmente útiles. Sin embargo, como comenta el profesor asistente y autor principal, el Dr. Yuuki Sugawara, nadie se había centrado en CaFe ₂ O ₄ como un potencial electrocatalizador de REA. "Queríamos revelar el potencial de CaFe ₂ O ₄ y dilucidar, mediante comparaciones con otros óxidos bimetálicos a base de hierro, factores cruciales que promueven su actividad REA, " el explica.

Para tal fin, el equipo probó seis tipos de óxidos a base de hierro, incluido CaFe ₂ O ₄ . Pronto descubrieron que el desempeño REA de CaFe ₂ O ₄ era mucho mayor que la de otros electrocatalizadores bimetálicos e incluso mayor que la del óxido de iridio, un punto de referencia ampliamente aceptado. Adicionalmente, probaron la durabilidad de este material prometedor y descubrieron que era notablemente estable; no se observaron cambios estructurales ni de composición significativos después de los ciclos de medición, y la actuación del CaFe ₂ O ₄ electrodo en la celda electroquímica permaneció alto.

Deseoso de comprender la razón detrás de las capacidades excepcionales de este electrocatalizador inexplorado, los científicos llevaron a cabo cálculos utilizando la teoría funcional de la densidad y descubrieron un mecanismo catalítico poco convencional. Parece que CaFe ₂ O ₄ ofrece una vía energéticamente favorable para la formación de enlaces de oxígeno, que es un paso limitante en los REA. Aunque se necesitarán más cálculos y experimentos teóricos para estar seguros, Los resultados indican que la estrecha distancia entre múltiples sitios de hierro juega un papel clave.

El electrocatalizador REA recién descubierto ciertamente podría cambiar las reglas del juego, como comenta el Dr. Sugawara, "Cafetería ₂ O ₄ tiene muchas ventajas, desde su síntesis fácil y rentable hasta su respeto al medio ambiente. Esperamos que sea un electrocatalizador REA prometedor para la división del agua y que abra una nueva vía para el desarrollo de dispositivos de conversión de energía ". Además, el nuevo mecanismo de impulso de REA que se encuentra en CaFe ₂ O ₄ podría conducir a la ingeniería de otros catalizadores útiles.