Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH)
El sándwich es un alimento elaborado por los nobles del siglo XVIII para jugar a las cartas sin interrupciones. La carne o las verduras se colocaron en capas y luego se metieron entre el pan para comerlas rápidamente mientras participaban en el juego. Esta comida eficiente también proporcionó abundantes calorías y nutrición. Un equipo de investigación de POSTECH ha descubierto que las capas como el sándwich son una forma excelente de obtener energía de hidrógeno, una fuente de energía alternativa para combustibles fósiles.
El equipo de investigación dirigido por el profesor In Su Lee, SunWoo Jang, un estudiante en el MS / Ph.D. programa integrado, y el Dr. Soumen Dutta del Departamento de Química de POSTECH han desarrollado juntos un catalizador estructurado en sándwich que puede generar energía de hidrógeno de manera eficiente activando la electrólisis del agua. Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en la revista internacional de la American Chemical Society. ACS Nano .
Las pilas de combustible de hidrógeno son dispositivos de generación de energía ecológicos que generan electricidad mediante reacciones químicas que producen agua (H 2 O) del oxígeno (O 2 ) e hidrógeno (H 2 ). Con el reciente lanzamiento de vehículos propulsados por hidrógeno y la propagación de las pilas de combustible de hidrógeno en los hogares, El hidrógeno se considera ampliamente como la fuente de energía de próxima generación para reemplazar los combustibles fósiles. La forma en que se descompone el agua y se produce el hidrógeno utilizando el excedente de corriente obtenida de la energía solar o eólica se considera la forma más fácil y ecológica de producir combustible de hidrógeno de alta pureza en grandes cantidades. Sin embargo, este método tiene la desventaja de ser de baja eficiencia de producción y de alto costo. Para reducir el precio unitario del combustible de hidrógeno producido a través de la electrólisis del agua, es necesario desarrollar catalizadores electroquímicos altamente activos y estables que puedan maximizar la eficiencia de generación de hidrógeno.
Imagen TEM de la síntesis de NiFe-LDH / 2D-Pt. Crédito:In Su Lee (POSTECH)
Mecanismo de NiFe-LDH / 2D-Pt HER (reacción de desprendimiento de hidrógeno). Crédito:In Su Lee (POSTECH)
El platino (Pt) ha sido considerado el catalizador más adecuado para reacciones productoras de hidrógeno, pero su baja afinidad por las moléculas de agua y la velocidad lenta resultante de la electrólisis del agua hacen que sea difícil de aplicar a los procesos comerciales que tienen lugar en condiciones de electrolitos alcalinos. Para compensar estas limitaciones, Se han hecho muchos intentos para combinar sulfuro metálico con nanopartículas de platino que promueven la electrólisis del agua. pero la naturaleza inestable de las superficies de platino / sulfuro metálico plantea otra debilidad que reduce significativamente la durabilidad de los catalizadores.
En respuesta, El equipo de investigación diseñó una forma bidimensional de interfaz platino / hidróxido de metal para mejorar la eficiencia y durabilidad de los catalizadores al mismo tiempo. En una técnica original para hacer crecer una capa de platino de aproximadamente 1 nm en la superficie de níquel / hierro-doble-hidróxido (LDH), que tiene varios nanómetros de espesor, Se han sintetizado con éxito materiales nanohíbridos 2-D-2-D en forma de sándwiches que contienen nanoplacas 2-D-níquel / hidróxido de hierro-nano.
El catalizador sándwich sintetizado tiene un efecto catalítico sinérgico entre el hidróxido metálico y el platino, que están en estrecho contacto a través de una amplia interfaz 2-D-2-D. En este momento, muestra más de 6 veces la actividad del material catalítico convencional (20% -Pt / C), y mantiene la función catalítica estable sin disminuir la actividad incluso en la electrólisis de agua productora de hidrógeno durante más de 50 horas.
"Los catalizadores sándwich tienen la mayor actividad catalítica productora de hidrógeno en solución alcalina entre las sustancias que no utilizan soportes de carbono, pero son significativamente más duraderos que los catalizadores electroquímicos similares que son estables por solo tres a cinco horas, ", dijo el profesor In Su Lee, quien dirigió la investigación." Esperamos que se apliquen al desarrollo de un proceso rentable para la producción de hidrógeno ".
