(Phys.org) —El hidrógeno es un combustible "verde" que se quema limpiamente y puede generar electricidad a través de celdas de combustible. Una forma de producir hidrógeno de forma sostenible es dividiendo las moléculas de agua utilizando la energía renovable de la luz solar. pero los científicos todavía están aprendiendo a controlar y optimizar esta reacción con catalizadores. En la fuente de luz del sincrotrón nacional, un grupo de investigación ha determinado información estructural clave sobre un catalizador potencial, dando un paso hacia el diseño de un material ideal para el trabajo.

Debido a la complejidad mecánica y eléctrica de la reacción de división del agua, Hay muchos requisitos para que un catalizador funcione de manera óptima. Los científicos deben comprender no solo la estructura molecular local de un candidato, sino también su estructura en rangos más largos, particularmente la nanoescala, que tiende a ser un buen indicador del comportamiento electrónico de un material y, por lo tanto, de su actividad catalítica general.

Los científicos se centran cada vez más en un grupo particular de catalizadores:películas delgadas a base de cobalto. Estas películas se crean mediante electrodeposición a partir de soluciones acuosas de cobalto mezcladas con un electrolito. En este estudio, investigadores de la Universidad de Columbia, Universidad Harvard, y Brookhaven Lab utilizaron rayos X para comprender mejor la estructura de nanoescala de rango intermedio de una de estas películas. También investigaron las diferencias estructurales entre películas cultivadas usando dos electrolitos:fosfato, un ion fósforo-oxígeno negativo, y borato, negativo un ion boro-oxígeno. Las películas resultantes se denominan CoPi y CoBi, respectivamente.

Datos de dispersión de rayos X de las muestras CoPi y CoBi, tomada en la línea de luz NSLS X7B, indican que ambos son nanocristalinos. Esto significa que están formados por granos a nanoescala, cada uno con un tamaño de aproximadamente 1,5 a 3 nanómetros (nm) con una estructura molecular ordenada. Aparte de esto, hay diferencias claras e importantes.

Las películas de CoBi consisten en grupos de cobalato (cobalto-oxígeno) de 3-4 nm que se apilan ordenadamente hasta tres capas de profundidad. Las películas CoPi constan de grupos significativamente más pequeños que no se apilan de forma ordenada.

Estas diferencias estructurales parecen estar relacionadas con la actividad catalítica de las películas. Los datos electroquímicos muestran que, a medida que aumenta el espesor de la película, las películas CoBi fueron más activas que CoPi y finalmente mostraron un rendimiento "significativamente superior". Estos hallazgos sugieren que el aumento en el espesor de la película de CoBi también aumenta el área de superficie efectiva disponible para la catálisis, preservando al mismo tiempo las propiedades de transporte de carga de las películas.

"Nuestros resultados muestran una diferencia concreta entre CoBi y CoPi, permitiendo así la primera idea de una correlación estructura-función tangible, ", dijo el químico y profesor de Harvard Daniel Nocera.

El grupo planea estudios adicionales para explorar algunos temas relacionados, como la naturaleza del transporte de carga entre las capas CoBi y el comportamiento de las películas en rangos más largos que la nanoescala.