Los investigadores han ideado un nuevo catalizador destinado a mejorar la eficiencia de las reacciones que utilizan aguas residuales municipales contaminadas para producir hidrógeno, una fuente de energía verde.
Su investigación apareció recientemente en Materiales funcionales avanzados. .
Con las crecientes preocupaciones ambientales por la contaminación asociada con los combustibles fósiles, el hidrógeno ha despertado un mayor interés. La tecnología de electrólisis del agua es un proceso sostenible que aprovecha la abundante agua de la Tierra para producir hidrógeno. Sin embargo, la reacción simultánea de desprendimiento de oxígeno durante la producción de hidrógeno es notablemente lenta, lo que resulta en una eficiencia de conversión de energía considerablemente baja.
Últimamente, la comunidad académica ha estado abordando este tema integrando la reacción de oxidación de la urea con la reacción de generación de hidrógeno. La urea, un contaminante que se encuentra en la orina, libera una cantidad significativa de energía durante su proceso de oxidación, lo que ofrece un medio potencial para mejorar tanto la eficiencia de la generación de hidrógeno como la purificación de las aguas residuales del inodoro.
En última instancia, es necesario encontrar un catalizador que pueda impulsar eficazmente la reacción de oxidación de la urea, amplificando así la eficiencia tanto de la generación de hidrógeno como del tratamiento de aguas residuales.
En busca de una mayor eficiencia en la reacción de oxidación de la urea, el equipo creó un catalizador conocido como oxalato de níquel-hierro (O-NFF). Este catalizador combina hierro (Fe) y oxalato sobre níquel (Ni), lo que da como resultado una superficie expansiva caracterizada por partículas de tamaño nanométrico en forma de fragmentos. Esta propiedad única permite que el catalizador absorba más reactivos, lo que facilita una reacción acelerada de oxidación de la urea.
En experimentos, el catalizador O-NFF ideado por el equipo redujo con éxito el voltaje necesario para la generación de hidrógeno a 1,47 V RHE (a 0,5 A/cm 2 ) y exhibió una alta velocidad de reacción incluso cuando se probó en una solución mixta de hidróxido de potasio (1 M) y urea (0,33 M) con una pendiente de Tafel de 12,1 mV/dec.
Los investigadores validaron aún más la eficacia del catalizador al confirmar su promoción de la reacción de oxidación de la urea mediante espectroscopia de absorción de fotoelectrones/rayos X utilizando un acelerador de fotones de radiación.
El profesor Kangwoo Cho y Ph.D. El candidato Jiseon Kim de la División de Ciencias e Ingeniería Ambientales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) colaboró con el Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) para este estudio.
Cho, quien dirigió la investigación, afirmó:"Hemos desarrollado un catalizador capaz de purificar las aguas residuales municipales y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno, una fuente de energía verde. Anticipamos que los catalizadores O-NFF, sintetizados a partir de metales y compuestos orgánicos, contribuirán a la mejora de la eficiencia de la producción de hidrógeno por electrólisis industrial."
Más información: Jiseon Kim et al, Marco accesible de ni-fe-oxalato para la oxidación electroquímica de urea con cinética radicalmente mejorada, Materiales funcionales avanzados (2024). DOI:10.1002/adfm.202315625
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang
