El agua de mar es uno de los recursos más abundantes en la tierra, ofreciendo una promesa tanto como fuente de hidrógeno, deseable como fuente de energía limpia, como de agua potable en climas áridos. Pero incluso como tecnologías de división del agua capaces de producirel hidrógeno del agua dulce se ha vuelto más efectivo, el agua de mar sigue siendo un desafío.
Investigadores de la Universidad de Houston informaron un avance significativo con un nuevo catalizador de reacción de evolución de oxígeno que, combinado con un catalizador de reacción de evolución de hidrógeno, logró densidades de corriente capaces de soportar las demandas industriales al tiempo que requiere un voltaje relativamente bajo para comenzar la electrólisis del agua de mar.
Los investigadores dicen que el dispositivo, compuesto de nitruros metálicos no nobles de bajo costo, se las arregla para evitar muchos de los obstáculos que han limitado los intentos anteriores de producir hidrógeno o agua potable a bajo costo a partir del agua de mar. El trabajo se describe en Comunicaciones de la naturaleza .
Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en UH y autor correspondiente del artículo, dijo que un obstáculo importante ha sido la falta de un catalizador que pueda dividir efectivamente el agua de mar para producir hidrógeno sin también liberar iones libres de sodio, cloro, calcio y otros componentes del agua de mar, que una vez liberados pueden depositarse en el catalizador y dejarlo inactivo. Los iones de cloro son especialmente problemáticos, en parte porque el cloro requiere un voltaje ligeramente más alto para liberarse del necesario para liberar hidrógeno.
Los investigadores probaron los catalizadores con agua de mar extraída de la Bahía de Galveston frente a la costa de Texas. Ren, MD Anderson, profesor de física de la UH, dijo que también funcionaría con aguas residuales, proporcionando otra fuente de hidrógeno del agua que de otro modo sería inservible sin costosostratamiento.
"La mayoría de las personas usan agua dulce limpia para producir hidrógeno mediante la división del agua", dijo. "Pero la disponibilidad de agua dulce limpia es limitada".
Para abordar los desafíos, los investigadores diseñaron y sintetizaron un catalizador tridimensional de reacción de evolución de oxígeno núcleo-cáscara utilizando nitruro de metal de transición, con nanopartículas hechas de un compuesto de nitruro de níquel-hierro y nanorods de níquel-molibdeno-nitruro sobre níquel porosoespuma.
El primer autor, Luo Yu, un investigador postdoctoral en UH que también está afiliado a la Universidad Normal Central de China, dijo que el nuevo catalizador de reacción de evolución de oxígeno se combinó con un catalizador de reacción de evolución de hidrógeno previamente reportado de nanorods de níquel-molibdeno-nitruro.
Los catalizadores se integraron en un electrolizador alcalino de dos electrodos, que puede ser alimentado por el calor residual a través de un dispositivo termoeléctrico o por una batería AA.
Los voltajes de celda requeridos para producir una densidad de corriente de 100 miliamperios por centímetro cuadrado una medida de la densidad de corriente, o mA cm-2 oscilaron entre 1.564 V y 1.581 V.
El voltaje es significativo, dijo Yu, porque si bien se requiere un voltaje de al menos 1.23 V para producir hidrógeno, el cloro se produce a un voltaje de 1.73 V, lo que significa que el dispositivo tenía que poder producir niveles significativos de densidad de corriente conun voltaje entre los dos niveles.
Además de Ren y Yu, los investigadores en el documento incluyen Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao y Shuo Chen, todos de UH; y Ying Yu de la Universidad Normal de China Central.
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Materiales proporcionado por Universidad de Houston . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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