14.09.2021 - Nanyang Technological University

Producción de hidrógeno más barata

Electrólisis eficiente de agua y urea con nanopartículas bimetálicas de cáscara de yema

La producción de hidrógeno electrolítico alimentado por energías renovables se considera un medio ecológico para mejorar los problemas climáticos y energéticos mundiales. En la revista Angewandte Chemie, un equipo de investigación ha presentado un material novedoso y barato para electrodos que podría permitir una producción de hidrógeno muy eficiente y con ahorro de energía: nanoesferas porosas y fosforizadas de CoNi2S4.

Las dos medias reacciones de la electrólisis del agua -la evolución del hidrógeno y del oxígeno- son, por desgracia, lentas y requieren mucha energía. Los electrodos catalíticamente eficaces, especialmente los basados en metales preciosos, pueden acelerar los procesos electroquímicos y mejorar su eficiencia energética. Sin embargo, su uso a gran escala se ve obstaculizado por su elevado coste, su limitada abundancia y su escasa estabilidad. Las alternativas basadas en metales abundantes y baratos no suelen funcionar satisfactoriamente para las dos medias reacciones.

Un equipo dirigido por Shuyan Gao (Universidad Normal de Henan, China) y Xiong Wen (David) Lou (Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur) ha desarrollado ahora un nuevo material de electrodo multifuncional y barato basado en cobalto (Co) y níquel (Ni) para la producción electrocatalítica eficiente de hidrógeno. Para fabricar el material, las nanoesferas de cobalto-níquel-glicerato se someten a una combinación de sulfuración hidrotermal y fosforización en fase gaseosa. De este modo se forman objetos denominados nanopartículas de concha de yema hechas de sulfuro de cobalto-níquel dopado con fósforo (P-CoNi2S4). Se trata de pequeñas esferas con un núcleo compacto y una cáscara porosa con un espacio intermedio, como un huevo cuya yema está rodeada por la clara y no toca la cáscara.

El dopaje con fósforo aumenta la proporción de Ni3+ con respecto a Ni2+ en las partículas huecas y permite una transferencia de carga más rápida, lo que hace que las reacciones electrocatalíticas se desarrollen con mayor rapidez. El material puede utilizarse como ánodo o cátodo, y demuestra una gran actividad y estabilidad en la producción de hidrógeno y oxígeno en la electrólisis del agua.

Para reducir la tensión total de la célula de electrólisis, también se están investigando conceptos de electrólisis híbrida. Por ejemplo, en lugar de estar acoplada a la producción de oxígeno, la producción de hidrógeno podría estar acoplada a la oxidación de la urea, que requiere mucha menos energía. Las fuentes de urea podrían incluir los flujos de residuos de las síntesis industriales, así como las aguas residuales. Las nuevas nanopartículas también son muy útiles para esta media reacción.

Tanto la electrólisis del agua como la de la urea requieren un voltaje de célula comparativamente bajo (1,544 V o 1,402 V, respectivamente, a 10 mA cm-2 durante 100 horas). Esto hace que las nuevas partículas bimetálicas de cáscara de yema sean superiores a la mayoría de los electrocatalizadores conocidos basados en níquel-sulfuro e incluso en metales preciosos. Presentan un enfoque prometedor para la producción electroquímica de hidrógeno, así como para el tratamiento de aguas residuales que contienen urea.

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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