Un nuevo catalizador barato y efectivo desarrollado por investigadores de la Universidad de California, Berkeley, puede generar combustible de hidrógeno a partir del agua de manera tan eficiente como el platino, actualmente el mejor, pero también el más caro, catalizador de división de agua.
El catalizador, que está compuesto de láminas de carburo de metal finas en nanómetros, se fabrica utilizando un proceso de autoensamblaje que se basa en un ingrediente sorprendente: la gelatina, el material que le da a Jell-O su agitación.
"El platino es caro, por lo que sería deseable encontrar otros materiales alternativos para reemplazarlo", dijo el autor principal Liwei Lin, profesor de ingeniería mecánica en UC Berkeley. "En realidad estamos usando algo similar a la gelatina que ustedpuede comer como base y mezclarlo con algunos de los abundantes elementos de la tierra para crear un nuevo material económico para reacciones catalíticas importantes ".
Este estudio estuvo disponible en línea en octubre de 2018 en la revista Materiales avanzados antes de la publicación final impresa el 13 de diciembre
Una descarga de electricidad puede romper los fuertes enlaces que unen las moléculas de agua, creando oxígeno y gas hidrógeno, el último de los cuales es una fuente de energía extremadamente valiosa para alimentar las células de combustible de hidrógeno. El gas hidrógeno también se puede utilizar para ayudar a almacenarenergía de fuentes de energía renovables pero intermitentes, como la energía solar y eólica, que producen un exceso de electricidad cuando brilla el sol o cuando sopla el viento, pero que permanecen inactivos en días lluviosos o tranquilos.
Pero simplemente meter un electrodo en un vaso de agua es un método extremadamente ineficiente para generar gas hidrógeno. Durante los últimos 20 años, los científicos han estado buscando catalizadores que puedan acelerar esta reacción, haciéndola práctica para el uso a gran escala.
"La forma tradicional de usar el gas de agua para generar hidrógeno aún domina en la industria. Sin embargo, este método produce dióxido de carbono como subproducto", dijo el primer autor Xining Zang, quien realizó la investigación como estudiante graduado en ingeniería mecánica en la Universidad de Berkeley."La generación de hidrógeno electrocatalítico está creciendo en la última década, siguiendo la demanda mundial de reducir las emisiones. El desarrollo de un catalizador altamente eficiente y de bajo costo para la electrohidrólisis traerá un profundo beneficio técnico, económico y social".
Para crear el catalizador, los investigadores siguieron una receta casi tan simple como hacer gelatina a partir de una caja. Mezclaron gelatina y un ion metálico, ya sea molibdeno, tungsteno o cobalto, con agua, y luego dejaron secar la mezcla..
"Creemos que a medida que la gelatina se seca, se autoensambla capa por capa", dijo Lin. "El ión metálico es transportado por la gelatina, por lo que cuando la gelatina se autoensambla, el ión metálico también se organiza en estas capas planas, y estas láminas planas son las que le dan a Jell-O su característica superficie espejada ".
Al calentar la mezcla a 600 grados Celsius, el ion metálico reacciona con los átomos de carbono en la gelatina, formando grandes láminas de carburo de metal, delgadas nanométricas. La gelatina sin reaccionar se quema.
Los investigadores probaron la eficiencia de los catalizadores colocándolos en agua y pasando una corriente eléctrica a través de ellos. Cuando se apilan uno contra el otro, el carburo de molibdeno divide el agua de la manera más eficiente, seguido por el carburo de tungsteno y luego el carburo de cobalto, que not forme capas delgadas así como las otras dos. La mezcla de iones de molibdeno con una pequeña cantidad de cobalto aumentó aún más el rendimiento.
"Es posible que otras formas de carburo puedan proporcionar un rendimiento aún mejor", dijo Lin.
La forma bidimensional del catalizador es una de las razones por las que tiene tanto éxito. Esto se debe a que el agua tiene que estar en contacto con la superficie del catalizador para hacer su trabajo, y la gran área de superficie delas hojas significan que los carburos metálicos son extremadamente eficientes para su peso.
Los investigadores dicen que debido a que la receta es tan simple, podría ampliarse fácilmente para producir grandes cantidades del catalizador.
"Descubrimos que el rendimiento está muy cerca del mejor catalizador hecho de platino y carbono, que es el estándar de oro en esta área", dijo Lin. "Esto significa que podemos reemplazar el platino muy costoso con nuestro material, quese realiza en un proceso de fabricación muy escalable "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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