20.11.2020 - Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Descifrando la forma en que funcionan los catalizadores

El buen rendimiento catalítico es impulsado principalmente por los procesos que ocurren en la superficie del catalizador - y no los procesos electroquímicos

La división del agua en hidrógeno y oxígeno es una reacción química importante, especialmente si se tiene en cuenta que el uso del hidrógeno como fuente de energía en la movilidad sostenible en el futuro. Un equipo de investigación internacional ha decodificado ahora cómo funciona uno de los catalizadores utilizados en esta reacción.

El hidrógeno es un elemento clave para lograr una movilidad sostenible en el futuro, especialmente el hidrógeno "verde" producido por la división del agua utilizando energía renovable. En las pilas de combustible, el hidrógeno puede utilizarse en reacciones químicas para generar energía eléctrica, que a su vez puede alimentar motores eléctricos. También se utiliza en la producción de combustibles líquidos sintéticos.

El proceso de utilizar la electricidad para dividir el agua (electrólisis) implica dos reacciones que no pueden tener lugar de forma independiente: la formación de hidrógeno en un electrodo y de oxígeno en el otro. Los químicos llaman a estas dos reacciones parciales evolución del hidrógeno y evolución del oxígeno. Para que todo el proceso sea más eficiente desde el punto de vista energético, los científicos están investigando el uso de nuevos materiales que actúen como catalizadores y faciliten así estas reacciones parciales.

La química de la superficie juega un papel decisivo

"Con mucho, el mayor desafío en el desarrollo de catalizadores para estas dos reacciones parciales es la reacción de evolución del oxígeno", dice Javier Pérez-Ramírez, Profesor de Ingeniería de Catálisis en el ETH de Zurich. Un equipo de investigación internacional dirigido por el Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck de Berlín, con la participación del ETH Zurich, ha llevado a cabo un estudio que ha aportado conocimientos fundamentalmente nuevos sobre los materiales catalizadores para esta reacción de evolución del oxígeno. Los investigadores han podido demostrar que el buen rendimiento catalítico está impulsado principalmente por procesos que ocurren en la superficie del catalizador, y no por procesos electroquímicos.

"Estudiamos una forma especial de catálisis, a saber, la electrocatálisis, y descubrimos que obedece a las leyes conocidas de las reacciones catalíticas convencionales", dice Guido Zichittella, un científico del grupo de Pérez-Ramírez. Este hallazgo es nuevo porque los científicos pensaban anteriormente que las reacciones electrocatalíticas están determinadas principalmente por procesos electroquímicos.

Actividad catalítica específica

En su estudio, los investigadores utilizaron catalizadores hechos del material más comúnmente usado hoy en día por los laboratorios de investigación para llevar a cabo esta reacción: el óxido de iridio. El profesor Pérez-Ramírez del ETH y su grupo produjeron catalizadores con diferentes grados de actividad, reemplazando diferentes cantidades de átomos de oxígeno catalíticamente activos por átomos de cloro catalíticamente inactivos. Estos catalizadores permitieron a los investigadores examinar los efectos de la química de superficie por separado de la electroquímica.

Este nuevo conocimiento podría ayudar en el desarrollo de electrocatalizadores de mayor rendimiento y en la búsqueda de nuevos materiales catalíticos más baratos, preparando el camino para una producción de hidrógeno sostenible, energéticamente eficiente y rentable.

Este trabajo de investigación fue realizado por investigadores del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck, la Technische Universität Berlin, el Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química, ETH Zurich y el Istituto officina dei materiali de Trieste.

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.

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