Los científicos han encontrado una manera de transformar los desechos metálicos en un catalizador altamente eficiente para producir hidrógeno a partir del agua, un descubrimiento que podría hacer que la producción de hidrógeno sea más sostenible.
Un equipo de investigadores de la Facultad de Química y la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Nottingham ha descubierto que la superficie de las virutas, un subproducto de la industria del mecanizado de metales, tiene una textura con pequeños escalones y ranuras a nivel nanoescalar. Estas texturas pueden anclar átomos de platino o cobalto, lo que da lugar a un electrocatalizador eficiente que puede dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. La investigación ha sido publicada en el Journal of Material Chemistry A .
El hidrógeno es un combustible limpio que se puede utilizar para generar calor o impulsar vehículos, y el único subproducto de su combustión es el vapor de agua. Sin embargo, la mayoría de los métodos de producción de hidrógeno dependen de materias primas de combustibles fósiles. La electrólisis del agua es una de las vías verdes más prometedoras para la producción de hidrógeno, ya que solo requiere agua y electricidad.
La industria se enfrenta a un desafío con la electrólisis del agua, ya que este proceso requiere elementos raros y costosos como el platino para catalizar la división del agua. Con el suministro global limitado y los precios crecientes de los metales preciosos, existe una necesidad urgente de materiales electrocatalizadores alternativos para producir hidrógeno a partir del agua.
El Dr. Jesum Alves Fernandes, de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, que dirigió el equipo de investigación, dijo:"Sólo las industrias del Reino Unido generan millones de toneladas de residuos metálicos al año. Utilizando un microscopio electrónico de barrido, pudimos inspeccionar el superficies aparentemente lisas de las virutas de acero inoxidable, titanio o aleación de níquel.
"Para nuestro asombro, descubrimos que las superficies tenían surcos y crestas de sólo decenas de nanómetros de ancho. Nos dimos cuenta de que esta superficie nanotexturizada podría presentar una oportunidad única para la fabricación de electrocatalizadores".
Los investigadores utilizaron pulverización catódica con magnetrón para crear una "lluvia" de átomos de platino en la superficie de las virutas. Estos átomos de platino luego se unen en nanopartículas que encajan perfectamente en las ranuras a nanoescala.
El Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador postdoctoral de la Universidad de Nottingham, responsable del análisis de la estructura y la actividad electrocatalítica de los nuevos materiales, afirma:"Es notable que seamos capaces de producir hidrógeno a partir de agua utilizando sólo una décima parte de la cantidad de carga de platino en comparación con los catalizadores comerciales de última generación.
"Al esparcir sólo 28 microgramos del metal precioso en 1 cm² de viruta, pudimos crear un electrolizador a escala de laboratorio que funciona con una eficiencia del 100 % y produce 0,5 litros de gas hidrógeno por minuto a partir de una sola pieza de viruta. "
El grupo se está asociando con AqSorption Ltd, una empresa con sede en Nottingham que se especializa en el diseño y fabricación de electrolizadores para ampliar su tecnología. El profesor Andrei Khlobystov, de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, dijo:"Los electrocatalizadores fabricados a partir de virutas tienen el potencial de tener un gran impacto en la economía. Nuestra tecnología única desarrollada en Nottingham, que implica el crecimiento átomo por átomo de partículas de platino en superficies nanotexturizadas , ha resuelto dos grandes retos.
"En primer lugar, permite la producción de hidrógeno verde utilizando la menor cantidad posible de metales preciosos y, en segundo lugar, recicla los residuos metálicos de la industria aeroespacial, todo en un solo proceso".
El Clúster Carbono Cero se ha creado en East Midlands para acelerar el desarrollo y la implementación de la innovación en industrias ecológicas y fabricación avanzada.
El profesor Tom Rodden, PVC para Investigación e Intercambio de Conocimientos de la Universidad de Nottingham, dijo:"El desarrollo de sistemas de propulsión de hidrógeno puede ser un paso importante para abordar algunos de los desafíos de cero emisiones de carbono más apremiantes del mundo, especialmente para las industrias de transporte y manufactura. Sin embargo, El éxito de esta estrategia depende de la producción de hidrógeno verde de manera sostenible, por ejemplo mediante la división del agua mediante electrólisis, y esto, a su vez, requiere avances en el diseño de materiales".
Más información: De chatarra a electrodos altamente eficientes:aprovechando la superficie nanotexturizada de virutas para una utilización efectiva de Pt y Co para la producción de hidrógeno, Journal of Material Chemistry A (2024). DOI:10.1039/d4ta00711e
Proporcionado por la Universidad de Nottingham
