Una nueva técnica para producir cloro más barato y eficiente
El cloro (Cl₂) es uno de los productos químicos industriales más utilizados actualmente en el mundo, con 75 millones de toneladas producidas anualmente. Un equipo de investigadores, afiliado al UNIST ha encontrado recientemente una manera de hacer la fabricación de cloro más eficiente y asequible. Se espera que esto sea de gran ayuda para las industrias relacionadas con el cloro.
Caracterización del catalizador de Pt1/CNT que comprende sitios de Pt-N4 dispersos atómicamente en la superficie de CNT.
UNIST
Un equipo de investigación conjunto, dirigido por el Profesor Sang Hoon Joo y el Profesor Sang Kyu Kwak de la Escuela de Ingeniería Energética y Química del UNIST ha revelado un novedoso catalizador (Pt1/CNT) para la generación electroquímica de cloro.
Los catalizadores electroquímicos existentes para la generación de cloro contienen una gran cantidad de metales preciosos, como el rutenio (Ru) y el iridio (Ir), por lo que son caros y poco eficientes en términos de producción. Además, en condiciones de baja concentración de cloro y un entorno de pH neutro, no sólo se genera cloro sino también oxígeno, lo que reduce la eficiencia general de la producción de cloro. El equipo de investigación desarrolló un óxido no metálico basándose en la conclusión de que la causa de tales inconvenientes tiene su origen en las propiedades intrínsecas de los "catalizadores a base de óxido metálico".
El catalizador recientemente desarrollado (Pt₁/CNT) es un catalizador de dispersión monatómica, en el que los átomos de platino (Pt) que están rodeados por cuatro átomos de nitrógeno (N), se dispersan en nanotubos de carbono (CNT). Dado que el catalizador está completamente expuesto en la superficie de los átomos de metal (Pt), incluso con la pequeña cantidad, puede dar una alta eficiencia y mostrar un mejor rendimiento que los catalizadores comerciales existentes de DSA bajo varias condiciones de electrolito. Además, contenía altos iones de cloro, como el agua de mar, o viceversa. En el futuro se demostrará que se aplica a equipos de tratamiento electroquímico de agua en diversos entornos.
"Se ha confirmado que sólo los iones de cloro fueron adsorbidos selectivamente en los sitios activos de Pt1/CNT, mientras que otras reacciones adicionales fueron suprimidas", dice Taejung Lim en el Departamento de Ingeniería Química de UNIST, el primer autor del estudio. "Esto servirá como un nuevo catalizador, que supera la desventaja fundamental de los catalizadores de óxido de metal existentes".
En el estudio, el Profesor Kwak y el Dr. Gwan Yeong Jung aplicaron sus datos experimentales a los cálculos teóricos para examinar la estructura de los sitios activos y el principio de las reacciones electroquímicas. Descubrieron que la mejora de la integridad estructural entre los sitios activos y los nanotubos de carbono da lugar a una transmisión de electrones más suave y a una notable mejora del rendimiento catalítico.
"A través de la modelización molecular y de las calicaturas funcionales de densidad, hemos identificado la estructura central de los sitios activos en Pt1/CNT", dice el Profesor Kwak. "Se espera que este principio de cálculo contribuya a la interpretación de la reactividad y los principios de reacción de varios catalizadores monoatómicos en el futuro".
"El catalizador monoatómico desarrollado esta vez es un nuevo concepto de diseño de catalizador que cambia el paradigma del catalizador de óxido de metales nobles comercializado hace 50 años", dice el profesor Joo. "En particular, el nuevo catalizador no se ve afectado por la composición del electrolito, por lo que se espera que se utilice en diversas aplicaciones, como el tratamiento de agua a mediana y pequeña escala, así como el tratamiento de agua de lastre".
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Publicación original
Taejung Lim, et al.; "Atomically dispersed Pt–N4 sites as efficient and selective electrocatalysts for the chlorine evolution reaction"; Nature Communications; 2020
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