La producción de hidrógeno mejoró con la innovación de nanoagujas

Jan 29, 2024

La producción de hidrógeno eficiente y de bajo costo es crucial para facilitar la transición a energías limpias.

El método actual para producir hidrógeno verde es mediante la división electroquímica del agua. Este proceso divide el agua en sus elementos hidrógeno y oxígeno mediante un electrocatalizador.

Sin embargo, los electrocatalizadores se han basado en elementos caros como el platino. Esto dificulta la aplicación de esta tecnología a escala comercial generalizada.

Ahora, los investigadores han demostrado que agregar molibdeno a un catalizador de fosfuro de níquel-cobalto y sintetizarlo con un proceso hidrotermal en gradiente crea una microestructura única. Esta microestructura mejoró el rendimiento del catalizador, lo que dio como resultado un proceso más aplicable a la producción de hidrógeno a gran escala.

El artículo, «Electrocatalizador altamente eficiente y estable para la evolución de hidrógeno mediante nanoagujas de fosfuro de Ni-Co dopadas con molibdeno a alta densidad de corriente», se publica en Nano Research.

"La innovadora combinación de procesos hidrotermales en gradiente y de fosfidación forma una estructura de microesferas", dijo Yufeng Zhao, profesor de la Facultad de Ciencias y del Instituto de Energía Sostenible de la Universidad de Shanghai en Shanghai, China.

“Estas nanopartículas con un diámetro de aproximadamente cinco a diez nanómetros forman nanoagujas que posteriormente se autoensamblan formando una estructura esférica. Las nanoagujas ofrecen abundantes sitios activos para una transferencia eficiente de electrones y la presencia de partículas de pequeño tamaño y rugosidad a microescala mejora la liberación de burbujas de hidrógeno”.

Los investigadores crearon la microestructura utilizando elementos de dopaje. Esta técnica consiste en la adición intencional de impurezas a un catalizador para mejorar su actividad.

En el estudio, se añadió molibdeno (Mo) al fosfuro bimetálico de níquel-cobalto (Ni-Co) (P). La forma en que interactúan los iones de cobalto y níquel proporciona a los fosfuros de Ni-Co un rendimiento electrocatalítico excepcional.

Una vez que se añadió el molibdeno y se utilizó un proceso hidrotermal en gradiente, el Ni-CoP dopado con Mo se depositó sobre una espuma de níquel.

Luego se formó la microestructura única de nanoagujas sobre el fosfuro.

"El dopaje con trazas de molibdeno optimiza la estructura electrónica y aumenta el número de sitios electroactivos", dijo Zhao.

El equipo probó la confiabilidad, estabilidad y rendimiento del catalizador Ni-CoP dopado con Mo. Descubrieron que la densidad se mantenía casi constante después de 100 horas y que su estructura estaba en buen estado.

Esto se debió a la estructura única de las nanoagujas, que evitan que el catalizador colapse a medida que se acumula el hidrógeno. Sus cálculos también mostraron que el catalizador era excepcionalmente eficiente para facilitar la producción de hidrógeno.

De cara al futuro, el equipo espera probar el rendimiento de la reacción en diferentes soluciones.

Los estudios futuros también buscarán alternativas a la espuma de níquel, como la malla de titanio, que pueda funcionar en todo el rango de pH.

“En trabajos futuros, recomendamos explorar la aplicación del catalizador en la producción de hidrógeno asistida por oxidación de moléculas pequeñas, como la urea. Este enfoque reduciría el potencial excesivo de la electrólisis del agua y mitigaría la contaminación ambiental causada por las aguas residuales de urea”, dijo Zhao.

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