El hidrógeno ha llamado la atención en los últimos años como una fuente potencial de energía limpia porque se quema sin producir emisiones dañinas para el clima. Sin embargo, los métodos tradicionales de producción de hidrógeno tienen una huella de carbono sustancial y los métodos más limpios son costosos y técnicamente complejos.

Ahora, los investigadores informan sobre un avance significativo, un catalizador de dos electrodos que se basa en un compuesto para producir de manera eficiente hidrógeno y oxígeno a partir de agua de mar y agua dulce. Los intentos previos de tales catalizadores bifuncionales para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno generalmente han dado como resultado un rendimiento deficiente en una de las dos funciones. El uso de dos catalizadores separados funciona pero aumenta el costo de fabricación de los catalizadores.

En el trabajo descrito en Energy &Environmental Science , investigadores de la Universidad de Houston, la Universidad China de Hong Kong y la Universidad Normal de China Central informan que usan un compuesto de níquel/molibdeno/nitrógeno, modificado con una pequeña cantidad de hierro y crecido en espuma de níquel para producir hidrógeno de manera eficiente y luego, a través de un proceso de reconstrucción electroquímica provocado por el voltaje cíclico, convertido en un compuesto que produjo una reacción de evolución de oxígeno igualmente poderosa.

Los investigadores dijeron que usar un solo compuesto tanto para la reacción de evolución del hidrógeno (HER) como para la reacción de evolución del oxígeno (OER), aunque ligeramente modificado durante el proceso de reconstrucción, no solo hace que la división del agua sea más asequible, sino que también simplifica los desafíos de ingeniería.

La mayoría de los materiales son más adecuados para HER o OER, pero se requieren ambas reacciones para completar la reacción química y producir hidrógeno a partir del agua. Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en UH y autor correspondiente del artículo, dijo que el nuevo catalizador no solo permite operaciones eficientes con un solo catalizador, sino que también funciona igualmente bien en agua de mar y agua dulce. "En comparación con los catalizadores existentes, esto está a la par con el mejor jamás informado", dijo.

Usando agua de mar alcalina y operando bajo condiciones casi industriales, el catalizador entregó una densidad de corriente de 1000 miliamperios/centímetro cuadrado usando solo 1,56 voltios en agua de mar, permaneciendo estable durante 80 horas de prueba.

El sólido desempeño del catalizador en agua de mar podría resolver un problema:la mayoría de los catalizadores disponibles funcionan mejor en agua dulce. Dividir el agua de mar es más complicado, en parte debido a la corrosión asociada con la sal y otros minerales. Ren, quien también es profesor titular de la cátedra de física M.D. Anderson en la UH, dijo que el nuevo catalizador también genera oxígeno puro, evitando el subproducto potencial del gas de cloro corrosivo producido por algunos catalizadores.

Pero los suministros de agua dulce están cada vez más limitados por la sequía y el crecimiento de la población. El agua de mar, en cambio, es abundante. "Normalmente, incluso si un catalizador funciona para agua salada, requiere un mayor consumo de energía", dijo Ren. "En este caso, requerir casi el mismo consumo de energía que el agua dulce es una muy buena noticia".

Shuo Chen, profesor asociado de física en la UH y coautor del artículo, dijo que la fuerte densidad de corriente reportada del catalizador a un voltaje relativamente bajo reduce el costo de energía para producir hidrógeno. Pero esa es solo una de las formas en que el catalizador aborda la asequibilidad, dijo Chen, quien también es investigador principal de TcSUH.

Mediante el uso de un material, el compuesto de níquel/molibdeno/nitrógeno modificado con hierro, para el HER y luego el uso de ciclos de voltaje para activar una reconstrucción electroquímica para producir un material ligeramente diferente, un óxido de hierro/molibdeno/óxido de níquel, para el OER, los investigadores eliminan la necesidad de un segundo catalizador al mismo tiempo que simplifican los requisitos de ingeniería, dijo Chen.

"Si está fabricando un dispositivo con dos materiales diferentes en dos electrodos, debe descubrir cómo puede fluir la carga eléctrica a través de cada electrodo y diseñar la estructura para que se ajuste a eso", dijo. "En este caso, el material no es exactamente el mismo, porque uno (electrodo) se somete a una reconstrucción electroquímica, pero es un material muy similar, por lo que la ingeniería es más sencilla".

Además de Ren y Chen, los investigadores del artículo incluyen a Minghui Ning, Fanghao Zhang, Libo Wu, Xinxin Xing, Dezhi Wang, Shaowei Song y Jiming Bao, todos con UH; Qiancheng Zhou de la Universidad Normal de China Central; y Luo Yu de la Universidad China de Hong Kong. + Explora más

Nuevo catalizador produce eficientemente hidrógeno a partir de agua de mar