Destronando los electrocatalizadores para la producción de hidrógeno con material alternativo barato

Los electrocatalizadores bimetálicos a base de hierro pueden ser la clave para la síntesis de hidrógeno

16.03.2021 - Japón

Hoy podemos afirmar sin lugar a dudas que se necesita una alternativa a los combustibles fósiles. Los combustibles fósiles no sólo son fuentes de energía no renovables, sino también una de las principales causas del calentamiento global y de la contaminación atmosférica. Por ello, muchos científicos de todo el mundo tienen sus esperanzas puestas en lo que consideran el combustible del mañana: el hidrógeno (H2). Aunque el H2 es un combustible limpio con una densidad energética increíblemente alta, la generación eficiente de grandes cantidades sigue siendo un reto técnico difícil.

La división del agua -la ruptura de las moléculas de agua- es uno de los métodos más explorados para producir H2. Aunque hay muchas maneras de hacerlo, las técnicas de división del agua que mejor funcionan son las que utilizan electrocatalizadores fabricados con metales caros, como el platino, el rutenio y el iridio. El problema radica en que los electrocatalizadores conocidos fabricados con metales abundantes son bastante ineficaces en la reacción de evolución del oxígeno (REO), el aspecto más difícil del proceso de división del agua.

En un estudio reciente publicado en ACS Applied Energy Materials, un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Tokio (Japón) ha encontrado un notable candidato a electrocatalizador para la separación de agua de forma rentable: el óxido de hierro de calcio (CaFe2O4). Mientras que los óxidos de hierro (Fe) son mediocres en el OER, estudios anteriores habían señalado que su combinación con otros metales podría aumentar su rendimiento hasta niveles realmente útiles. Sin embargo, como comenta el profesor adjunto y autor principal, el Dr. Yuuki Sugawara, nadie se había centrado en el CaFe2O4 como potencial electrocatalizador del OER. "Queríamos desvelar el potencial del CaFe2O4 y dilucidar, mediante comparaciones con otros óxidos bimetálicos basados en el hierro, los factores cruciales que promueven su actividad OER", explica.

Para ello, el equipo probó seis tipos de óxidos basados en el hierro, incluido el CaFe2O4. Pronto descubrieron que el rendimiento de la OER del CaFe2O4 era mucho mayor que el de otros electrocatalizadores bimetálicos e incluso superior al del óxido de iridio, una referencia ampliamente aceptada. Además, comprobaron la durabilidad de este prometedor material y descubrieron que era notablemente estable; no se observaron cambios estructurales ni de composición significativos tras los ciclos de medición, y el rendimiento del electrodo de CaFe2O4 en la celda electroquímica siguió siendo elevado.

Deseosos de comprender la razón que subyace a las excepcionales capacidades de este electrocatalizador inexplorado, los científicos realizaron cálculos mediante la teoría del funcional de la densidad y descubrieron un mecanismo catalítico poco convencional. Al parecer, el CaFe2O4 ofrece una vía energéticamente favorable para la formación de enlaces de oxígeno, que es un paso limitante en el OER. Aunque se necesitarán más cálculos teóricos y experimentos para estar seguros, los resultados indican que la estrecha distancia entre los múltiples sitios de hierro juega un papel clave.

El electrocatalizador OER recién descubierto podría cambiar las reglas del juego, como señala el Dr. Sugawara: "El CaFe2O4 tiene muchas ventajas, desde su síntesis fácil y rentable hasta su respeto por el medio ambiente. Esperamos que sea un prometedor electrocatalizador OER para la división del agua y que abra una nueva vía para el desarrollo de dispositivos de conversión de energía". Además, el nuevo mecanismo de potenciación del OER hallado en el CaFe2O4 podría conducir a la ingeniería de otros catalizadores útiles. Esperemos que estos descubrimientos contribuyan a allanar el camino hacia la tan necesaria sociedad del hidrógeno del futuro.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.