Compuestos intermetálicos nanoporosos que potencian la producción de hidrógeno
El hidrógeno tiene la mayor densidad energética (120 MJ/kg) de todas las sustancias conocidas, aproximadamente tres veces más que el gasóleo o la gasolina, lo que significa que podría desempeñar un papel fundamental en los sistemas energéticos sostenibles. Pero la producción eficiente de hidrógeno por simple división del agua requiere catalizadores de alto rendimiento.
El principio y el proceso de autoorganización de la aleación de metal líquido. En la aleación precursora (AB), el metal formador de poros (A) y el componente de sacrificio (B) deben tener una entalpía positiva y negativa al mezclarse con el baño de fusión (C), respectivamente. Cuando el componente B se disuelve selectivamente en la masa fundida C, el componente A restante se autoorganiza en una estructura porosa.
Takeshi Wada and Ruirui Song
Ahora, un grupo de colaboración de la Universidad de Tohoku y la Universidad Johns Hopkins ha desarrollado compuestos intermetálicos nanoporosos a base de molibdeno que podrían impulsar la producción de hidrógeno.
Los compuestos intermetálicos a escala nanométrica formados a partir de metales de transición no preciosos tienen el potencial de ser catalizadores rentables y robustos para la producción de hidrógeno. Sin embargo, el desarrollo de compuestos intermetálicos monolíticos, con amplios sitios activos y suficiente actividad electrocatalítica, sigue siendo un reto para los científicos.
"Nuestra investigación ha desempeñado un papel crucial en la resolución de ese problema", afirma el profesor Hidemi Kato, del Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku y coautor del estudio. "Centrándonos en el diseño y la ingeniería, aprovechamos una técnica avanzada de dealloying para construir la arquitectura de los compuestos intermetálicos".
El dealloying de metales líquidos es una técnica de procesamiento que utiliza la diferencia de miscibilidad de los componentes de la aleación en un baño de metal fundido para corroer los componentes seleccionados, conservando los demás. Permite la autoorganización en una estructura porosa tridimensional.
Además, permite controlar el tamaño de los poros a escala nanométrica tanto para el μ-Co7Mo6 como para el μ-Fe7Mo6, que suele ser a escala micrométrica para los demás metales/aleaciones cuando el engrosamiento tiene lugar a temperaturas equivalentes.
A continuación, el grupo de colaboración investigó el rendimiento electrocatalítico de los nuevos compuestos intermetálicos nanoporosos. Se mostraron prometedores y con potencial para ser utilizados como catalizadores comerciales de HER para aplicaciones de alta corriente.
Los resultados de su investigación se publicaron en la revista Nature Communications el 2 de septiembre de 2022.
Además de Kato, el grupo estaba formado por el Dr. Ruirui Song, también del Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku, el profesor adjunto Jiuhui Han, del Instituto de Investigación Fronteriza de Ciencias Interdisciplinarias (FRIS) de la Universidad de Tohoku, y el profesor Mingwei Chen, de la Universidad Johns Hopkins.
De cara al futuro, el grupo de investigación espera utilizar el dealloying de metales líquidos para desarrollar compuestos intermetálicos nanoporosos más monolíticos, explorando los mecanismos fundamentales que subyacen a las fases intermetálicas generales.
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