Un descubrimiento revolucionario permite producir hidrógeno ecológico de forma rentable y respetuosa con el medio ambiente
Se ha desarrollado una tecnología revolucionaria que permite producir hidrógeno ecológico de forma más rentable y respetuosa con el medio ambiente, lo que nos acerca a una sociedad neutra en carbono al sustituir a los costosos catalizadores de metales preciosos.
Dirigido por el profesor Jungki Ryu, de la Escuela de Energía e Ingeniería Química del UNIST, y el profesor Dong-Hwa Seo, del Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería del KAIST, un equipo de investigación conjunto ha desarrollado con éxito un catalizador bifuncional de electrólisis del agua para la producción estable y de alta eficiencia de hidrógeno verde de gran pureza.
El nuevo catalizador presenta una durabilidad excepcional incluso en entornos ácidos altamente corrosivos. Al utilizar rutenio, silicio y wolframio (RuSiW), el catalizador es más rentable que los catalizadores convencionales de platino (Pt) o iridio (Ir). Además, emite muchos menos gases de efecto invernadero, lo que lo convierte en una alternativa ecológica.
La electrólisis del agua es una tecnología puntera que produce hidrógeno mediante el proceso de electrólisis del agua. Se considera una tecnología clave para lograr una sociedad neutra en carbono, ya que permite producir hidrógeno respetuoso con el medio ambiente sin emisiones de carbono.
El equipo de investigación se centró en buscar alternativas a catalizadores de metales preciosos como el platino y el iridio, que presentan estabilidad en condiciones ácidas. El rutenio se ha ganado la atención como metal ecológico por su coste de producción relativamente bajo y sus emisiones de gases de efecto invernadero notablemente inferiores a las del platino y el iridio. Sin embargo, su comercialización se ha visto dificultada por su menor actividad catalítica que la del platino y su menor estabilidad que la del iridio.
Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación desarrolló un catalizador basado en rutenio, silicio y wolframio. Al mejorar la función del catalizador de rutenio, que tiene menor estabilidad tanto en la reacción de evolución del hidrógeno (HER) como en la reacción de evolución del oxígeno (OER), el equipo demostró el potencial del catalizador como catalizador bifuncional.
El catalizador desarrollado presenta una estructura dopada con tungsteno y silicio alrededor de un átomo de rutenio. La capacidad de aceleración de la reacción del catalizador se mejoró aumentando la intensidad de adsorción de protones en su superficie. Presenta una mayor actividad en la reacción de evolución del hidrógeno en comparación con los catalizadores de platino disponibles en el mercado. Además, una fina película de tungsteno de 5~10 nm de espesor protege el sitio catalítico del rutenio, mejorando así su estabilidad.
El equipo de investigación realizó un experimento de estabilidad del catalizador. Utilizando un electrolito ácido (con una acidez de 0,3), inyectaron 10 mA de corriente en un electrodo de 1 ㎠. El catalizador desarrollado demostró un rendimiento estable incluso después de funcionar durante más de 100 horas.
El profesor Ryu declaró: "El desarrollo de este catalizador de tres elementos es significativo, ya que tiene el potencial de sustituir simultáneamente al platino y al iridio, que son caros. Se espera que se aplique a sistemas ecológicos de producción de hidrógeno de gran pureza, como los electrolizadores PEM, ya que puede sintetizarse fácilmente y de forma estable incluso en condiciones ácidas muy corrosivas."
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Publicación original
Dasom Jeon, Dong Yeon Kim, Hyeongoo Kim, et al., “Electrochemical Evolution of Ru-Based Polyoxometalates into Si,W-Codoped RuOx for Acidic Overall Water Splitting,” Advanced Materials, (2023).
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