Hidrógeno verde (o H2 ) producido a partir de recursos energéticos renovables es el combustible de un futuro descarbonizado. La electrólisis, o división del agua en oxígeno e hidrógeno con la ayuda de una celda electroquímica, es una de las formas más populares de producir H2 verde. .
Es una reacción simple, garantiza productos de alta calidad y tiene cero emisiones de carbono. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, la división electroquímica del agua aún tiene que ganar importancia a escala comercial. Esto se debe a la baja conductividad eléctrica de los catalizadores de (oxi)hidróxido activos generados in situ durante los procesos electroquímicos. Esto, a su vez, conduce a una actividad catalítica restringida, lo que dificulta las reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno en la célula.
El problema de las malas propiedades eléctricas del (oxi)hidróxido ha sido un desafío de larga data para lograr una división eficiente del agua. Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Junhyeok Seo del Departamento de Química del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju ha encontrado una solución a este problema en forma de uniones Schottky.
En un estudio reciente publicado en Applied Catalysis B:Environmental , demostraron un electrodo con una unión Schottky formada en la interfaz de nitruro metálico de níquel-tungsteno (Ni-W5 N4 ) y catalizador semiconductor de (oxi)hidróxido de níquel-hierro (NiFeOOH) de tipo n. Este electrodo pudo superar el límite de conductancia del (oxi)hidróxido y mejoró la capacidad de división del agua de la configuración.
En particular, se pusieron en contacto dos materiales, un metal y un semiconductor, con comportamientos electrónicos muy diferentes, para crear una diferencia de energía en la interfaz, formando una unión. "Nuestra investigación utilizó esta barrera de energía potencial presente en la unión Schottky para acelerar el flujo de electrones en el electrodo, lo que llevó a un aumento significativo en la actividad de reacción de evolución de oxígeno, acelerando la división general del agua", explica el Dr. Seo, destacando el mecanismo central detrás de su nuevo estudio. electrodo diseñado.
Al realizar la división electrocatalítica del agua, el equipo observó que Ni-W5 N4 La aleación catalizó la reacción de desprendimiento de hidrógeno, lo que dio como resultado 10 mA/cm 2 . densidad de corriente a un pequeño sobrepotencial de 11 mV. Además, la unión Schottky rectificadora se formó en la interfaz de Ni-W5 N4 |NiFeOOH anuló la laminación no conductora producida por especies de (oxi)hidróxido.
En polarización directa, exhibió una densidad de corriente de 11 mA/cm 2 a 181 mV de sobrepotencial. El análisis electroquímico del electrodo reveló que la actividad catalítica mejorada podría atribuirse a la unión Schottky.
Por último, los investigadores diseñaron un electrolizador utilizando su electrodo de unión Schottky para la electrólisis industrial del agua de mar. Descubrieron que el nuevo dispositivo podía funcionar de forma continua durante 10 días y, al mismo tiempo, exhibía una excelente actividad catalítica y durabilidad durante la electrólisis. Mostró una notable densidad de corriente de 100 mA/cm 2 con un sobrepotencial de sólo 230 mV.
En general, los investigadores creen que estos hallazgos pueden contribuir a una estrategia sostenible para la producción de hidrógeno que eventualmente reemplace los métodos convencionales que todavía dependen de combustibles fósiles. Como concluye el Dr. Seo, "el agua dulce y el agua de mar son fuentes abundantes y renovables de protones. Los sistemas eficientes de división del agua garantizan que podamos establecer una producción sostenible de combustible de hidrógeno sin carbono, ayudando así a gestionar nuestros problemas climáticos actuales".
Más información: Selvaraj Seenivasan et al, interruptor Schottky derivado de W5N4 metálico | Unión del catalizador:encendido para mejorar la actividad catalítica y la durabilidad en la reacción de división del agua, Catálisis aplicada B:ambiental (2023). DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123233
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju
