Método de síntesis rápido y de bajo consumo para nuevos electrocatalizadores
La electrólisis del agua y la producción de hidrógeno asociada podrían ser más eficientes energéticamente en el futuro
Investigadores del Centro Bávaro de Tecnología de Baterías y de la red de investigación "SolTech" de la Universidad de Bayreuth han presentado un nuevo método de producción de electrocatalizadores: una síntesis rápida y a baja temperatura de materiales cerámicos especiales (óxidos de alta entropía). Los resultados de la Cátedra de Química Física III y el Instituto Max Planck de Investigación del Hierro de Düsseldorf podrían hacer que la electrólisis del agua y la producción de hidrógeno asociada fueran más eficientes energéticamente en el futuro. Los resultados se publican ahora en la revista Advanced Functional Materials.
En la actualidad se utilizan principalmente electrocatalizadores basados en óxidos de iridio o rutenio, lo que aumenta considerablemente los costes de material y dificulta su expansión a gran escala por la disponibilidad de materiales. Los óxidos de metales de transición de alta entropía resultan cada vez más interesantes para estos procesos. Sin embargo, suelen obtenerse a altas temperaturas y con largos tiempos de síntesis. "En este trabajo presentamos por primera vez una síntesis a baja temperatura de óxidos de alta entropía, más concretamente de espinelas con alto contenido en hierro", informa el Prof. Dr. Roland Marschall, titular de la Cátedra de Química Física III de la Universidad de Bayreuth. El nuevo tipo de síntesis en el microondas permite reducir el tiempo de síntesis a minutos (normalmente entre 5 y 30 minutos en este caso) y la temperatura a 225 °C. Por un lado, la síntesis consume mucha menos energía y, por otro, permite producir nanopartículas. Esto es especialmente interesante en catálisis, ya que las nanopartículas tienen una relación superficie-volumen especialmente elevada y las reacciones catalíticas necesarias para la electrólisis tienen lugar en la superficie.
"En nuestro trabajo hemos podido demostrar por primera vez que con esta sencilla síntesis a baja temperatura se puede conseguir una gran variedad de composiciones diferentes con hasta siete metales distintos además del hierro", afirma el profesor Marschall. La sustitución parcial del hierro por cobalto, conocido por su elevada actividad, permitió un aumento adicional de la actividad catalítica. "Por último, la actividad de los catalizadores depende en gran medida de la composición, pero ésta no es libremente variable en todos los métodos de síntesis anteriores. Nuestro método, en cambio, es muy flexible, lo que permite incorporar un gran número de elementos en diferentes estados de oxidación y también ajustar la composición y, por tanto, la actividad de los catalizadores."
Además del profesor Marschall, participaron en el trabajo los ayudantes de investigación Dra. Judith Zander (apoyada por BayBatt de la Universidad de Bayreuth y la red de investigación "SolTech"), Julia Petra Wölfel y el Dr. Morten Weiss. Además, los doctores Yiqun Jiang, Ningyan Cheng y Siyuan Zhang, del Instituto Max Planck de Investigación del Hierro de Düsseldorf.
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