El hidrógeno producido a partir del agua por la reacción de evolución del hidrógeno es una fuente de combustible limpia y atractiva. La producción de hidrógeno a gran escala a bajo costo es necesaria para darse cuenta de su viabilidad como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles. Para lograr este objetivo, duradero,se requieren catalizadores de bajo costo. La mayoría de los catalizadores actuales basados en metales no preciosos sufren de inestabilidad en las soluciones ácidas formadas durante la evolución del hidrógeno. Sin embargo, simplemente proteger el catalizador de la solución ácida tiende a disminuir su actividad.
Una colaboración dirigida por la Universidad de Tsukuba ha optimizado recientemente un enfoque para aumentar la estabilidad de los catalizadores utilizados en la reacción de evolución del hidrógeno sin sacrificar notablemente la actividad. El equipo descubrió que el recubrimiento de nanopartículas de catalizador con un número óptimo de capas de grafeno - unLa hoja de átomos de carbono organizada en una red de panal con alta conductividad y resistencia mecánica - aumentó la durabilidad de las nanopartículas mientras permitía que las nanopartículas retengan su actividad catalítica. Letras de energía de ACS .
"Optimizamos el equilibrio entre el número de capas de grafeno que recubren las nanopartículas y su actividad catalítica", dice el primer autor del estudio, Kailong Hu. "Para hacer esto, tuvimos que controlar con precisión el número de capas de grafeno que recubren las nanopartículas, que nosotroslogrado mediante la regulación cuidadosa del tiempo de deposición de grafeno en las nanopartículas ".
Se fabricó, caracterizó una serie de muestras de nanopartículas recubiertas con diferentes números de capas de grafeno, y luego se determinó su actividad catalítica en la reacción de evolución de hidrógeno. Las nanopartículas de catalizador recubrieron con el número óptimo de capas de grafeno, que era solo de tres a cincocapas, mostraron una actividad similar en la reacción de evolución del hidrógeno a la de un costoso catalizador a base de platino. Es importante destacar que estas nanopartículas también exhibieron una alta estabilidad; el recubrimiento de grafeno evitó que las nanopartículas metálicas se disolvieran en la solución de reacción ácida.
Los investigadores realizaron cálculos teóricos para respaldar sus hallazgos experimentales. Los resultados corroboraron las relaciones entre el número de capas de grafeno, la estabilidad química y la actividad catalítica de las nanopartículas indicadas por los datos experimentales. Es decir, las nanopartículas recubiertas con menos de tres capas de grafenomostraron una mayor actividad catalítica que las recubiertas con tres a cinco capas, pero esto fue a expensas de la durabilidad; el primero mostró una estabilidad química más pobre que el segundo.
"Nuestros resultados allanan el camino para un diseño racional de catalizadores estables y baratos para la producción de hidrógeno a gran escala en estaciones de hidrógeno mediante electrólisis de membrana de electrolito de polímero in situ en condiciones ácidas", explica el coautor Yoshikazu Ito.
Los hallazgos del equipo nos acercan un paso más a la realización de un futuro limpio y sostenible utilizando hidrógeno como fuente de combustible.
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Materiales proporcionados por Universidad de Tsukuba . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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