La división del agua en hidrógeno y oxígeno para producir energía limpia se puede simplificar con un único catalizador desarrollado por científicos de la Universidad de Rice y la Universidad de Houston.
La película electrolítica producida en Rice y probada en Houston es una estructura de tres capas de níquel, grafeno y un compuesto de hierro, manganeso y fósforo. El níquel espumoso le da a la película una gran superficie, el grafeno conductor protege al níquel de la degradacióny el fosfuro metálico lleva a cabo la reacción.
El material robusto es el tema de un artículo nano energía .
El químico de arroz Kenton Whitmire y el ingeniero eléctrico e informático de Houston Jiming Bao y sus laboratorios desarrollaron la película para superar las barreras que generalmente hacen que un catalizador sea bueno para producir oxígeno o hidrógeno, pero no ambos a la vez.
"Los metales regulares a veces se oxidan durante la catálisis", dijo Whitmire. "Normalmente, una reacción de evolución de hidrógeno se realiza en ácido y una reacción de evolución de oxígeno en base. Tenemos un material que es estable ya sea en una solución ácida o básica"
El descubrimiento se basa en la creación por parte de los investigadores de un catalizador simple de evolución de oxígeno revelado a principios de este año. En ese trabajo, el equipo cultivó un catalizador directamente en una matriz semiconductora de nanorod que convirtió la luz solar en energía para la división del agua solar.
La electrocatálisis requiere dos catalizadores, un cátodo y un ánodo. Cuando se coloca en agua y se carga, se formará hidrógeno en un electrodo y oxígeno en el otro, y estos gases se capturan. Pero el proceso generalmente requiere metales costosos para operar de manera tan eficiente comoel catalizador del equipo de Rice.
"El estándar para la evolución del hidrógeno es el platino", dijo Whitmire. "Estamos utilizando materiales abundantes en la Tierra, hierro, manganeso y fósforo, en lugar de metales nobles que son mucho más caros".
El nuevo catalizador también requiere menos energía, dijo Whitmire. "Si desea producir hidrógeno y oxígeno, tiene que poner energía, y cuanto más se ponga, menos comercialmente viable es", dijo. "Ustedqueremos hacerlo con la mínima cantidad de energía posible. Ese es un beneficio de nuestro material: el sobrepotencial la cantidad de energía requerida para desencadenar la electrocatálisis es pequeño y bastante competitivo con otros materiales. Cuanto más bajo sea, más cercausted llega a hacerlo lo más eficiente posible para la división del agua "
El grafeno, la forma de carbono con un espesor de átomo, es clave para proteger el níquel subyacente. Se forman una o tres capas de grafeno sobre la espuma de níquel en un horno de deposición química de vapor CVD, y el hierro, el manganeso y el fósforo sonademás de eso, también a través de CVD y de un solo precursor.
Las pruebas realizadas por el laboratorio de Bao compararon la espuma de níquel y el fosfuro con y sin grafeno en el medio y encontraron que el grafeno conductor redujo la resistencia de transferencia de carga para las reacciones de hidrógeno y oxígeno.
"El níquel es uno de los mejores catalizadores para fabricar grafeno", dijo el co-autor principal Desmond Schipper, un estudiante graduado de Rice. "Esencialmente, estamos usando el níquel para ayudar a mejorar el níquel". Dijo que el manganeso agrega unnivel de protección también.
Whitmire dijo que el material es escalable y debería ser utilizado en industrias que producen hidrógeno y oxígeno o en instalaciones con energía solar y eólica que pueden usar electrocatálisis para almacenar energía fuera del pico.
También puede adaptarse para producir otros materiales avanzados. "Nuestro método podría ser ampliamente aplicable a una gran cantidad de materiales de fosfuro de metal para catalizadores, no solo para la división del agua, sino para una variedad de cosas", dijo.
"Un factor crítico es que somos capaces de fabricar materiales de fase pura con diferentes composiciones. Actualmente, las personas tienen muy poco control sobre la fase en la superficie y, en muchos casos, obtienen una mezcla. Cuando eso sucede, no saben qué fase es realmente responsable de la catálisis. Con nuestro proceso, pueden saber "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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