Es posible que los investigadores hayan acercado un paso más el futuro de las energías renovables. Un nuevo electrodo puede realizar la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER) en condiciones ácidas, haciendo que la tecnología sea más barata y más eficaz. El proceso es ayudado por una forma inteligente de grafeno.

La electrólisis del agua en hidrógeno es vital para el almacenamiento de energía en una economía verde. Uno de los mayores obstáculos, sin embargo, es el alto costo de los electrodos de metales nobles. Los no nobles más baratos funcionan, pero principalmente en condiciones alcalinas, donde la reacción está ávida de electricidad; la reacción en fase ácida más eficiente requiere metales básicos escasos como el platino. Peor aún, los electrolitos ácidos son corrosivos y corroen el núcleo del metal.

Ahora, Los investigadores dirigidos por la Universidad de Tsukuba han descubierto que el grafeno "agujereado" ofrece una solución a este problema. Utilizaron láminas de grafeno dopadas con nitrógeno para encapsular una aleación de electrodo de níquel-molibdeno (NiMo). Crucialmente, el grafeno estaba lleno de agujeros de tamaño nanométrico, como un colador. En un estudio en Catálisis ACS , demostraron que en condiciones ácidas, el nuevo sistema HER supera dramáticamente a un electrodo que utiliza grafeno regular sin agujeros.

El uso de grafeno en HER electrodos no es nuevo:este flexible, La lámina de carbono conductor es ideal para envolver el núcleo de metal. Sin embargo, mientras protege el metal contra la corrosión, el grafeno también suprime su actividad química. En el nuevo sistema Tsukuba, los agujeros más importantes promueven la reacción de dos maneras, mientras que la parte intacta de grafeno protege el metal.

"Creamos agujeros decorando la superficie de NiMo con nanopartículas de sílice, "explica el coautor del estudio, Kailong Hu". Luego, cuando depositamos la capa de grafeno, Se dejaron huecos en las posiciones de las nanopartículas, como una obra de arte en relieve. De hecho, los agujeros son más que simples huecos:están rodeados por crestas químicamente activas llamadas "franjas". Técnicamente, estas franjas son defectos estructurales, pero impulsan la química del electrodo ".

En comparación con el grafeno normal, los flecos son más hidrofílicos. Esto atrae el hidronio (H3O +) en la solución ácida, que juega un papel crucial en uno de los dos mecanismos de HER. Las franjas también son excelentes para adsorber átomos de H individuales, lo que proporciona un área de superficie adicional para el otro proceso importante de HER. Como resultado, El H2 se produce de forma tan eficiente como en un electrodo de Pt / C convencional (pero caro). Mientras tanto, la parte no perforada del grafeno retrasa la disolución del catalizador metálico en el ácido.

"Este es un concepto nuevo y versátil para electrodos de evolución de hidrógeno, ", dice el autor principal, Yoshikazu Ito." El objetivo es minimizar el exceso de potencial necesario para la reacción. Por lo tanto, no se limita a un catalizador en particular. Ajustamos nuestra capa de grafeno agujereado específicamente a NiMo optimizando el tamaño y el número de agujeros. Lo que es impresionante es que el catalizador todavía era estable en ácido, a pesar de los agujeros. En el futuro, El grafeno agujereado podría personalizarse para una variedad de metales, empujando la eficiencia de la producción de hidrógeno hacia la adopción a gran escala ".