Un material compuesto nanoestructurado desarrollado en UC Santa Cruz ha demostrado un rendimiento impresionante como catalizador para la división electroquímica del agua para producir hidrógeno. Un catalizador eficiente y de bajo costo es esencial para hacer realidad la promesa del hidrógeno como combustible limpio y ecológico.
Los investigadores dirigidos por Shaowei Chen, profesor de química y bioquímica en la UC Santa Cruz, han estado investigando el uso de materiales nanoestructurados a base de carbono como catalizadores de la reacción que genera hidrógeno a partir del agua. En un estudio reciente, obtuvieron buenos resultados alincorporando iones de rutenio en una nanoestructura en forma de lámina compuesta de nitruro de carbono. El rendimiento se mejoró aún más combinando el nitruro de carbono dopado con rutenio con grafeno, una forma de lámina en forma de carbono, para formar un compuesto en capas.
"La química de unión del rutenio con nitrógeno en estos materiales nanoestructurados juega un papel clave en el alto rendimiento catalítico", dijo Chen. "También demostramos que la estabilidad del catalizador es muy buena".
Los nuevos hallazgos fueron publicados en ChemSusChem , una de las principales revistas que cubre la química sostenible y los materiales energéticos, y el artículo aparece en la portada de la edición del 10 de enero. El primer autor, Yi Peng, un estudiante graduado en el laboratorio de Chen, dirigió el estudio y diseñó la imagen de la portada.
El hidrógeno ha sido durante mucho tiempo atractivo como combustible limpio y renovable. Una pila de combustible de hidrógeno que alimenta un vehículo eléctrico, por ejemplo, emite solo vapor de agua. Actualmente, sin embargo, la producción de hidrógeno todavía depende en gran medida de los combustibles fósiles principalmente utilizando vapor para extraerlodel gas natural. Encontrar una forma eficiente y de bajo costo para extraer hidrógeno del agua a través de la electrólisis sería un gran avance. La electricidad de fuentes renovables como la energía solar y eólica, que puede ser intermitente y poco confiable, podría almacenarse fácilmente ydistribuido como combustible de hidrógeno.
Actualmente, los catalizadores más eficientes para la reacción electroquímica que genera hidrógeno a partir del agua se basan en platino, que es escaso y costoso. Los materiales a base de carbono han demostrado ser prometedores, pero su rendimiento no se ha acercado al de los catalizadores a base de platino.
En el nuevo material compuesto desarrollado por el laboratorio de Chen, los iones de rutenio incrustados en las nanohojas de nitruro de carbono cambian la distribución de electrones en la matriz, creando sitios más activos para la unión de protones para generar hidrógeno. Agregar grafeno a la estructura mejora aún másla redistribución de electrones
"El grafeno forma una estructura tipo sándwich con las nanohojas de nitruro de carbono y da como resultado una mayor redistribución de electrones. Esto nos da una mayor eficiencia de reducción de protones", dijo Chen.
Los autores informaron que el rendimiento electrocatalítico del compuesto era comparable al de los catalizadores comerciales de platino. Chen señaló, sin embargo, que los investigadores aún tienen un largo camino por recorrer para lograr una producción de hidrógeno barata y eficiente.
Además de Peng y Chen, los coautores del estudio incluyen Wanzhang Pan y Jia-En Liu en UC Santa Cruz y Nan Wang en la Universidad Tecnológica del Sur de China. Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation y Merced, financiado por la NASA.Centro de nanomateriales para energía y detección.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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