Hidrógeno verde: progreso más rápido con las modernas fuentes de rayos X
Para producir hidrógeno verde, el agua puede dividirse mediante electrocatálisis, alimentada por fuentes renovables como el sol o el viento. Un artículo publicado en la revista Angewandte Chemie Int. Ed. muestra cómo las modernas fuentes de rayos X, como BESSY II, pueden hacer avanzar el desarrollo de electrocatalizadores adecuados. En particular, la espectroscopia de absorción de rayos X puede utilizarse para determinar los estados activos de materiales catalíticamente activos para la reacción de evolución del oxígeno. Se trata de una importante contribución al desarrollo de catalizadores eficientes a partir de elementos baratos y ampliamente disponibles.
Los óxidos de manganeso se presentan en muchas variantes estructurales diferentes. Son una clase interesante de materiales para los electrocatalizadores.
© M. Risch/HZB
El hidrógeno verde es un vector energético con futuro. Se obtiene al dividir electrolíticamente el agua con la energía del viento o del sol y almacena esta energía en forma química. Para facilitar el desdoblamiento de las moléculas de agua (y reducir el aporte de energía), los electrodos se recubren con materiales catalíticamente activos. El Dr. Marcel Risch y su Grupo de Jóvenes Investigadores Ingeniería del Mecanismo de Evolución del Oxígeno están investigando la evolución del oxígeno en la electrocatálisis del agua. Esto se debe a que la evolución del oxígeno, en particular, debe funcionar de manera más eficiente para la producción económica de hidrógeno.
Una clase emocionante de materiales
Los óxidos de manganeso, que se presentan en numerosas variantes estructurales, constituyen una clase de materiales muy interesante para los electrocatalizadores. "Un criterio decisivo para la idoneidad como electrocatalizador es el número de oxidación del material y cómo cambia en el curso de la reacción", explica Risch. En el caso de los óxidos de manganeso, también hay una gran diversidad de estados de oxidación posibles. La espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) proporciona información sobre los estados de oxidación: Los cuantos de rayos X con la energía adecuada excitan los electrones de las capas más internas, que absorben estos cuantos. Dependiendo del número de oxidación, esta absorción puede observarse a diferentes energías de excitación. El equipo de Risch ha construido una célula de electrólisis que permite realizar mediciones de XAS durante la electrólisis.
Espectroscopia de absorción de rayos X
"Con la espectroscopia de absorción de rayos X, no sólo podemos determinar los números de oxidación, sino también observar los procesos de corrosión o los cambios de fase en el material", dice Risch. Así, en combinación con las mediciones electroquímicas, los datos de medición permiten comprender mucho mejor el material durante la electrocatálisis. Sin embargo, la alta intensidad necesaria de los rayos X sólo está disponible en las modernas fuentes de luz de sincrotrón. En Berlín, HZB opera BESSY II para este propósito. En todo el mundo existen unas 50 fuentes de luz de este tipo para la investigación.
Escalas de tiempo de cortas a largas
Risch sigue viendo un gran potencial para la aplicación de la espectroscopia de absorción de rayos X, especialmente en lo que respecta a las escalas de tiempo de observación. Esto se debe a que los tiempos de medición típicos son de unos pocos minutos por medición. Las reacciones electrocatalíticas, sin embargo, tienen lugar en escalas de tiempo más cortas. "Si pudiéramos observar la electrocatálisis mientras ocurre, podríamos entender mejor los detalles importantes", dice Risch. Con este conocimiento, se podrían desarrollar más rápidamente catalizadores baratos y respetuosos con el medio ambiente. Por otro lado, muchos procesos de "envejecimiento" tienen lugar en semanas o meses. "Podríamos, por ejemplo, examinar la misma muestra una y otra vez a intervalos regulares para entender estos procesos", aconseja Risch. Esto también permitiría desarrollar electrocatalizadores con estabilidad a largo plazo.
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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