Los químicos de la Universidad de Rice han producido un catalizador a base de grafeno inducido por láser que divide el agua en hidrógeno por un lado y el oxígeno por el otro lado. Dijeron que el material económico puede ser un componente práctico para generar el hidrógeno para su uso en futuras celdas de combustible.
El material fácilmente fabricado desarrollado por el laboratorio de Rice del químico James Tour ofrece una forma robusta y eficiente de almacenar energía química. Las pruebas mostraron que el catalizador delgado produce grandes burbujas de oxígeno e hidrógeno en ambos lados simultáneamente.
El proceso es el tema de un artículo en la American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados .
"El hidrógeno se produce actualmente al convertir el gas natural en una mezcla de dióxido de carbono y gas de hidrógeno", dijo Tour. "Entonces, por cada dos moléculas de hidrógeno, se forma una molécula de dióxido de carbono, haciendo de este proceso tradicional un emisor de gases de efecto invernadero.
"Pero si uno divide el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando un sistema catalítico y la electricidad generada a partir de la energía eólica o solar, entonces el hidrógeno producido es completamente renovable", dijo. "Una vez utilizado en una pila de combustible, vuelve aagua sin otras emisiones. Y las celdas de combustible son a menudo dos veces más eficientes que los motores de combustión interna, lo que ahorra aún más energía ".
El catalizador es otro uso para el versátil grafeno inducido por láser LIG, que Rice introdujo en 2014. LIG se produce al tratar la superficie de una lámina de poliimida, un plástico económico, con un láser. En lugar de una lámina plana deátomos de carbono hexagonales, LIG es una espuma de láminas de grafeno con un borde unido a la superficie subyacente y bordes químicamente activos expuestos al aire.
LIG en sí es inerte, por lo que convertirlo en un divisor de agua implica unos pocos pasos más. Primero, el laboratorio impregnó el lado del plástico destinado a extraer hidrógeno del agua con partículas de platino; luego el laboratorio usó un láser para calentar la superficiey hacer LIG. El material de Rice usa solo una cuarta parte del platino que se encuentra en los catalizadores comerciales, dijo Jibo Zhang, un estudiante graduado de Rice y autor principal del artículo.
El otro lado, para la evolución del oxígeno, primero se convirtió en LIG y luego se mejoró con níquel y hierro mediante deposición electroquímica. Ambos lados mostraron potenciales de inicio bajos el voltaje necesario para iniciar una reacción y un fuerte rendimiento durante 1,000 ciclos.
El laboratorio encontró otra variación: convertir la poliimida en un catalizador LIG con cobalto y fósforo que podría reemplazar los lados de platino o níquel-hierro para producir hidrógeno u oxígeno. Mientras que el material de bajo costo se beneficia al eliminar los metales nobles caros, sacrifica algo de eficiencia en la generación de hidrógeno, dijo Tour.
Cuando se configuró con cobalto-fósforo para la evolución de hidrógeno y níquel-hierro para oxígeno, el catalizador suministró una densidad de corriente de 10 miliamperios por centímetro cuadrado a 1,66 voltios. Se podría aumentar a 400 miliamperios por centímetro cuadrado a 1,9 voltios sin degradar elmaterial. La densidad de corriente gobierna la velocidad de la reacción química.
Tour dijo que la LIG mejorada ofrece un rendimiento de división del agua que es comparable y, a menudo, mejor que muchos sistemas actuales, con una ventaja en su separador inherente entre los productos de oxígeno e hidrógeno. Señaló que puede encontrar un gran valor como una forma de almacenar químicamente la energía del control remotoplantas de energía solar o eólica que de otro modo se perderían en la transmisión.
El material también podría servir como base para plataformas de electrocatálisis eficientes para la reducción de dióxido de carbono u oxígeno, dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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