Hidrógeno verde: El siliciuro de níquel nanoestructurado brilla como catalizador
Nanoestructuras inducidas químicamente
La energía eléctrica del viento o del sol puede almacenarse como energía química en hidrógeno, un excelente combustible y portador de energía. Sin embargo, el requisito previo para ello es una electrólisis eficiente del agua con catalizadores baratos. Para la reacción de evolución del oxígeno en el ánodo, el siliciuro de níquel nanoestructurado promete ahora un aumento significativo de la eficiencia. Así lo ha demostrado un grupo de la HZB, la Universidad Técnica de Berlín y la Universidad Libre de Berlín en el marco de la plataforma de investigación CatLab con mediciones, entre otras, en BESSY II.
El siliciuro de níquel cristalino (izquierda) se transforma químicamente en un material nanoestructurado con excelentes propiedades catalíticas para la división electrolítica del agua y la producción de valiosos compuestos de nitrilo.
© P. Menezes /HZB/TU Berlin
La electrólisis puede ser un concepto familiar de las clases de química en la escuela: Dos electrodos se sumergen en agua y se someten a tensión. Este voltaje hace que las moléculas de agua se descompongan en sus componentes, y las burbujas de gas se elevan en los electrodos: El gas oxígeno se forma en el ánodo, mientras que las burbujas de hidrógeno se forman en el cátodo. La electrólisis podría producir hidrógeno de formaneutra para el CO2, siempre que la electricidad necesaria se genere mediante formas de energía libres de fósiles, como el sol o el viento.
El único problema es que estas reacciones son poco eficaces y extremadamente lentas. Para acelerar las reacciones, se utilizan catalizadores basados en metales preciosos y raros como el platino, el rutenio o el iridio. Sin embargo, para su uso a gran escala, estos catalizadores deben estar formados por elementos ampliamente disponibles y muy baratos.
Nanoestructuras inducidas químicamente
Para acelerar la reacción de evolución del oxígeno en el ánodo, los materiales basados en el níquel se consideran buenos candidatos. El níquel es resistente a la corrosión, apenas tóxico y además es barato. Hasta ahora, sin embargo, para producir materiales catalizadores basados en el níquel se han utilizado sobre todo procesos de alta temperatura que consumen mucha energía.
Un equipo dirigido por el Dr. Prashanth Menezes (HZB/TU Berlín) ha encontrado ahora una forma "química suave" de producir un catalizador eficaz basado en nanocristales intermetálicos de níquel y silicio.
"Combinamos el elemento níquel con el silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, y logramos la nanoestructuración mediante una reacción química. El material resultante tiene excelentes propiedades catalíticas", afirma Menezes. El Ni2Si cristalino sirvió de precatalizador para la reacción de evolución del oxígeno alcalino en el ánodo y sufre una transformación superficial para formar hidróxido de nicke(oxi) como catalizador activo en condiciones de funcionamiento. Cabe destacar que la electrólisis del agua se combinó con una reacción de oxidación orgánica de valor añadido en la que se produjo la electrosíntesis de compuestos de nitrilo de valor industrial a partir de aminas primarias con una conversión selectiva y completa en condiciones suaves. Estos métodos de electrosíntesis pueden potenciar la generación de hidrógeno en el cátodo y, al mismo tiempo, proporcionar acceso a valiosos productos industriales en el ánodo.
Más eficiente y estable
En comparación con los catalizadores modernos basados en níquel, cobalto, hierro, rutenio e iridio, el Ni2Si nanoporoso es significativamente más activo y permanece estable durante más tiempo de reacción en condiciones industriales. Para comprender con más detalle el comportamiento del Ni2Si, el equipo combinó diferentes métodos de medición, incluidos los análisis elementales, la microscopía electrónica y las modernas mediciones espectroscópicas en BESSY II. "En el futuro, incluso los electrolizadores industriales de agua alcalina podrían estar equipados con un recubrimiento de este siliciuro de níquel nanoporoso", afirma Menezes.
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.
Publicación original
Indranil Mondal, J. Niklas Hausmann, Gonela Vijaykumar, Stefan Mebs, Holger Dau, Matthias Driess, and Prashanth W. Menezes; Nanostructured Intermetallic Nickel Silicide (Pre)Catalyst for Anodic Oxygen Evolution Reaction and Selective Dehydrogenation of Primary Amines; Advanced Energy Materials (2022)
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