Los investigadores pueden haber acercado el futuro de la energía renovable un paso más. Un nuevo electrodo puede lograr la reacción de evolución del hidrógeno HER en condiciones ácidas, haciendo que la tecnología sea más barata y más efectiva. El proceso es ayudado por una forma inteligente de grafeno.
La electrólisis del agua en hidrógeno es vital para el almacenamiento de energía en una economía verde. Sin embargo, uno de los principales obstáculos es el alto costo de los electrodos de metales nobles. Los nobles más baratos funcionan, pero principalmente en condiciones alcalinas, dondela reacción requiere mucha electricidad; la reacción en fase ácida más eficiente requiere metales escasos como el platino. Peor aún, los electrolitos ácidos son corrosivos y carcomen el núcleo del metal.
Ahora, los investigadores liderados por la Universidad de Tsukuba han descubierto que el grafeno "holey" ofrece una solución a este problema. Usaron láminas de grafeno dopadas con nitrógeno para encapsular una aleación de electrodos de níquel-molibdeno NiMo. Crucialmente, el grafeno fue perforadolleno de agujeros de tamaño nanométrico, como un colador. En un estudio en catálisis ACS demostraron que, en condiciones ácidas, el nuevo sistema HER supera drásticamente a un electrodo utilizando grafeno no perforado normal.
El uso de grafeno en los electrodos HER no es nuevo: esta lámina de carbono flexible y conductora es ideal para envolver el núcleo metálico. Sin embargo, al proteger el metal contra la corrosión, el grafeno también suprime su actividad química. En el nuevo sistema Tsukuba,los agujeros más importantes promueven la reacción de dos maneras, mientras que la parte intacta de grafeno protege el metal.
"Creamos agujeros decorando la superficie de NiMo con nanopartículas de sílice", explica el coautor del estudio Kailong Hu. "Luego, cuando depositamos la capa de grafeno, se dejaron huecos en las posiciones de las nanopartículas, como una obra de arte en relieve. De hecho, los agujeros son más que simples huecos: están rodeados por crestas químicamente activas llamadas 'franjas'. Técnicamente, estas franjas son defectos estructurales, pero impulsan la química del electrodo ".
En comparación con el grafeno normal, las franjas son más hidrófilas. Esto atrae hidronio H3O + en la solución ácida, que desempeña un papel crucial en uno de los dos mecanismos HER. Las franjas también son excelentes para adsorber átomos de H individuales, lo que proporcionaárea de superficie adicional para el otro proceso HER importante. Como resultado, el H2 se produce de manera tan eficiente como en un electrodo Pt / C convencional pero costoso. Mientras tanto, la parte no grabada del grafeno retrasa la disolución del catalizador metálico en el ácido.
"Este es un concepto nuevo y versátil para los electrodos de evolución de hidrógeno", dice el autor principal Yoshikazu Ito. "El objetivo es minimizar el potencial excesivo necesario para la reacción. Por lo tanto, no se limita a un catalizador en particular. Ajustamos nuestra capa de grafeno holeyespecíficamente para NiMo mediante la optimización del tamaño y el número de agujeros. Lo que es impresionante es que el catalizador todavía era estable en ácido, a pesar de los agujeros. En el futuro, el grafeno holey podría personalizarse para una gama de metales, impulsando la eficiencia de la producción de hidrógeno haciaadopción a gran escala "
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Materiales proporcionado por Universidad de Tsukuba . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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