Se ha desarrollado una tecnología innovadora que permite la producción de hidrógeno verde de una manera más rentable y respetuosa con el medio ambiente, acercándonos a una sociedad neutra en carbono mediante la sustitución de costosos catalizadores de metales preciosos.

Dirigido por el profesor Jungki Ryu de la Escuela de Ingeniería Química y Energética de UNIST y el profesor Dong-Hwa Seo del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAIST, un equipo de investigación conjunto ha desarrollado con éxito una electrólisis de agua bifuncional.catalizadorpara la producción estable y de alta eficiencia de hidrógeno verde de alta pureza.

El catalizador recientemente desarrollado exhibe una durabilidad excepcional incluso en ambientes ácidos altamente corrosivos.Al utilizar rutenio, silicio y tungsteno (RuSiW), el catalizador es más rentable en comparación con los catalizadores convencionales de platino (Pt) o iridio (Ir).Además, emite significativamente menos gases de efecto invernadero, lo que la convierte en una alternativa ecológica.

El estudio espublicadoen el diarioMateriales avanzados.

La electrólisis del agua es una tecnología de vanguardia que produce hidrógeno mediante el proceso de electrolización del agua.Se considera una tecnología clave para lograr una sociedad neutra en carbono, ya que permite la producción de hidrógeno respetuoso con el medio ambiente y sin emisiones de carbono.

El equipo de investigación se centró en encontrar alternativas a los catalizadores de metales preciosos como el platino y el iridio, que exhiben estabilidad encondiciones ácidas.El rutenio ha ganado atención como metal ecológico debido a su costo de producción relativamente bajo y sus emisiones de gases de efecto invernadero significativamente menores en comparación con el platino y el iridio.Sin embargo, enfrentó desafíos en la comercialización debido a su menor actividad catalítica en comparación con el platino y su menor estabilidad en comparación con el iridio.

Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación desarrolló un catalizador a base de rutenio, silicio y tungsteno.Al mejorar la función del catalizador de rutenio, que tiene menor estabilidad tanto en la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER) como en lareacción de evolución de oxígeno(OER), el equipo demostró el potencial del catalizador como catalizador bifuncional.

El catalizador desarrollado presenta una estructura dopada con tungsteno y silicio alrededor de un átomo de rutenio.La capacidad de aceleración de la reacción del catalizador se mejoró aumentando la intensidad de adsorción de protones en la superficie del catalizador.Presenta mayor actividad en elreacción de evolución de hidrógenoen comparación con los catalizadores de platino disponibles comercialmente.Además, una fina película de tungsteno con un espesor de 5 a 10 nm protege el sitio catalítico del rutenio, mejorando así su estabilidad.

El equipo de investigación realizó un experimento de estabilidad del catalizador.Utilizando un electrolito ácido (con una acidez de 0,3), inyectaron 10 mA de corriente en un tubo de 1 cm.²electrodo.El catalizador desarrollado demostró un rendimiento estable incluso después de funcionar durante más de 100 horas.

El profesor Ryu afirmó: "El desarrollo de este catalizador de tres elementos es importante ya que tiene el potencial de reemplazar simultáneamente el costoso platino y el iridio. Se espera que se aplique a metales verdes de alta pureza".hidrógenosistemas de producción, como los electrolizadores PEM, ya que se puede sintetizar de manera fácil y estable incluso en condiciones ácidas altamente corrosivas".

Más información:Dasom Jeon et al, Evolución electroquímica de polioxometalatos a base de Ru en RuOx codopado con Si,W para la división general de agua ácida,Materiales avanzados(2023).DOI: 10.1002/adma.202304468