Uno de los mayores desafíos para hacer que la producción de hidrógeno sea limpia y barata ha sido encontrar un catalizador alternativo necesario para la reacción química que produce el gas. uno que es mucho más barato y abundante que el platino muy caro y raro que se utiliza actualmente. Investigadores en Corea han encontrado una manera de 'cortar' en diminutas nanocintas una sustancia barata y abundante que se ajusta a los requisitos. aumentando su eficacia catalítica al menos a la del platino.

Los investigadores han identificado una alternativa catalizadora potencial, y una forma innovadora de producirlos utilizando "tijeras" químicas, que podría hacer que la producción de hidrógeno sea más económica.

El equipo de investigación dirigido por el profesor Sang Ouk Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales publicó su trabajo en Comunicaciones de la naturaleza .

Es probable que el hidrógeno juegue un papel clave en la transición limpia lejos de los combustibles fósiles y otros procesos que producen emisiones de gases de efecto invernadero. Existe una gran cantidad de sectores de transporte, como el transporte marítimo de larga distancia y la aviación, que son difíciles de electrificar y, por lo tanto, requerirán hidrógeno producido de forma limpia como combustible o como materia prima para otros combustibles sintéticos neutros en carbono. Igualmente, Es poco probable que la producción de fertilizantes y el sector del acero se "descarbonicen" sin hidrógeno barato y limpio.

El problema es que el método más barato de producir gas hidrógeno es actualmente el gas natural, un proceso que por sí mismo produce dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, que anula el propósito.

Técnicas alternativas de producción de hidrógeno, como la electrólisis que usa una corriente eléctrica entre dos electrodos sumergidos en agua para superar los enlaces químicos que mantienen el agua unida, dividiéndolo así en sus elementos constituyentes, el oxígeno y el hidrógeno están muy bien establecidos. Pero uno de los factores que contribuyen al alto costo, más allá de ser extremadamente intensivo en energía, es la necesidad del platino, un metal precioso y relativamente raro, muy caro. El platino se utiliza como catalizador, una sustancia que inicia o acelera una reacción química, en el proceso de producción de hidrógeno.

Como resultado, Los investigadores llevan mucho tiempo buscando una sustitución del platino, otro catalizador que abunda en la tierra y, por tanto, mucho más barato.

Dicalcogenuros de metales de transición, o TMD, en forma de nanomaterial, durante algún tiempo se ha considerado un buen candidato como catalizador sustitutivo del platino. Estas son sustancias compuestas por un átomo de un metal de transición (los elementos en la parte media de la tabla periódica) y dos átomos de un elemento calcógeno (los elementos en la penúltima columna de la tabla periódica, específicamente azufre, selenio y telurio).

Lo que hace que los TMD sean una buena apuesta como reemplazo del platino no es solo que son mucho más abundantes, pero también sus electrones están estructurados de una manera que les da un impulso a los electrodos.

Además, un TMD que es un nanomaterial es esencialmente una hoja superdelgada bidimensional de solo unos pocos átomos de espesor, como el grafeno. La naturaleza ultrafina de una nanohoja de TMD 2-D permite que se expongan muchas más moléculas de TMD durante el proceso de catálisis de lo que sería el caso en un bloque de material, así iniciando y acelerando la reacción química de producción de hidrógeno mucho más.

Sin embargo, incluso aquí, las moléculas de TMD solo son reactivas en los cuatro bordes de una nanohoja. En el interior plano, no está pasando mucho. Para aumentar la velocidad de reacción química en la producción de hidrógeno, la nanohoja tendría que cortarse en tiras muy delgadas, casi unidimensionales, creando así muchos bordes.

En respuesta, el equipo de investigación desarrolló lo que son en esencia un par de tijeras químicas que pueden cortar TMD en pequeñas tiras.

"Hasta ahora, las únicas sustancias que alguien ha podido convertir en estas 'nanocintas' son el grafeno y el fosforeno, "dijo el profesor de Sang Kim, uno de los investigadores involucrados en la concepción del proceso.

"Pero ambos están compuestos por un solo elemento, por lo que es bastante sencillo. Descubriendo cómo hacerlo para TMD, que está hecho de dos elementos iba a ser mucho más difícil ".

Las 'tijeras' comprenden un proceso de dos pasos que consiste en insertar primero iones de litio en la estructura en capas de las láminas TMD, y luego usar ultrasonido para causar un 'desabrochado' espontáneo en líneas rectas.

"Funciona como cuando se divide una tabla de madera contrachapada:se rompe fácilmente en una dirección a lo largo de la veta, "El profesor Kim continuó." En realidad es muy simple ".

Luego, los investigadores lo probaron con varios tipos de TMD, incluidos los de molibdeno, selenio, azufre, telurio y tungsteno. Todo funcionó igual de bien, con una eficacia catalítica tan eficaz como la del platino.

Debido a la simplicidad del procedimiento, este método debería poder utilizarse no solo en la producción a gran escala de nanocintas TMD, sino también para fabricar nanocintas similares a partir de otros materiales 2-D multielementales con fines más allá de la producción de hidrógeno.