Avance en la energía del hidrógeno: el equipo de investigación diseña un catalizador con una actividad catalítica aumentada 7,9 veces

por Amir Hussein
7 comentarios
Hybrid Nanocatalyst

Los científicos han desarrollado un nanocatalizador de vanguardia a base de platino, que mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno. Este catalizador híbrido de última generación exhibe mayores niveles de actividad y estabilidad, lo que lo hace particularmente útil para vehículos impulsados por hidrógeno.

Los datos proporcionados por el Ministerio de Tierra, Infraestructura y Transporte de Corea indican que, a partir de 2022, se registraron aproximadamente 30.000 automóviles alimentados con hidrógeno, un aumento de 3001 TP4T en comparación con el año 2018. Sin embargo, la nación actualmente cuenta con apenas 135 instalaciones de repostaje de hidrógeno.

Para seguir avanzando el hidrógeno como una fuente alternativa viable de energía, especialmente para uso automotriz, es crucial reducir el costo de producción del hidrógeno. En el centro de este objetivo se encuentra la mejora de la eficiencia del proceso de evolución de hidrógeno mediante electrólisis, que genera hidrógeno a partir del agua.

Avances significativos en la generación de hidrógeno

Un grupo de investigación colaborativo, que incluye al profesor In Su Lee, el profesor de investigación Soumen Dutta y Byeong Su Gu del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), logró recientemente una mejora notable en la eficiencia de la producción de hidrógeno. Esto fue posible gracias a la creación de un innovador nanocatalizador de platino.

El trabajo del equipo fue documentado en Angewandte Chemie, una prestigiosa revista académica centrada en el ámbito de la química.

Desafíos técnicos e innovaciones en la fabricación de catalizadores

La deposición precisa de diferentes materiales en sitios específicos sobre la superficie de un catalizador a nanoescala está plagada de complicaciones. Los depósitos no planificados pueden obstruir los sitios activos del catalizador o interferir con sus funciones previstas. Esta cuestión ha dificultado la colocación simultánea de níquel y paladio sobre un único sustrato. El níquel activa la división del agua, mientras que el paladio ayuda en la conversión de iones de hidrógeno en moléculas de hidrógeno.

Para abordar estos desafíos, los investigadores crearon un nanorreactor innovador para controlar con precisión las ubicaciones de deposición de metales en un nanocristal 2D. Además, desarrollaron un proceso de deposición a nanoescala que permite cubrir distintas facetas del nanocristal de platino 2D con distintos materiales. Esto llevó a la invención de un catalizador híbrido de tres metales “platino-níquel-paladio” formado a través de deposiciones secuenciales que cubren la superficie plana y los bordes del nanocristal de platino 2D con películas delgadas de paladio y níquel.

Elevada eficiencia del catalizador híbrido

El catalizador diseñado presentaba interfaces separadas de níquel/platino y paladio/platino estratégicamente diseñadas para mejorar la división del agua y la formación de moléculas de hidrógeno, respectivamente. Como resultado, la operación sinérgica de estos distintos procesos mejoró notablemente la evolución del hidrógeno a través de la electrólisis.

Los resultados de investigaciones posteriores revelaron que este nuevo nanocatalizador híbrido de tres metales mostraba una actividad catalítica 7,9 veces mayor que la del catalizador estándar de platino y carbono. Además, el catalizador exhibió una estabilidad notable, manteniendo su alto nivel de actividad catalítica incluso después de 50 horas de reacción continua, resolviendo eficazmente problemas de interferencia funcional o colisiones entre diferentes heterointerfaces.

Observaciones finales del equipo investigador

El profesor In Su Lee, que encabezó la investigación, expresó su perspectiva esperanzadora y afirmó: "Hemos superado eficazmente los desafíos del proceso para crear heterointerfaces armoniosas en un material híbrido". Y explicó: "Anticipo que los resultados de esta investigación contribuirán en gran medida al diseño y desarrollo de materiales catalizadores específicamente optimizados para reacciones relacionadas con el hidrógeno".

El estudio fue respaldado financieramente por el Programa de Investigadores Líderes de la Fundación Nacional de Investigación de Corea. Los hallazgos se publicaron el 19 de junio de 2023 en la edición internacional de Angewandte Chemie, con el DOI: 10.1002/anie.202307816.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre el nanocatalizador híbrido

¿Cuál es el enfoque principal de la investigación realizada por la Universidad de Pohang?

La atención se centra principalmente en el desarrollo de un nanocatalizador híbrido a base de platino que mejore significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno. Esta investigación tiene como objetivo mejorar la actividad catalítica y la estabilidad del catalizador, haciendo del hidrógeno una fuente de energía más viable, particularmente para aplicaciones de automoción.

¿Quiénes fueron los investigadores clave involucrados en este estudio?

Los investigadores clave involucrados fueron el profesor In Su Lee, el profesor de investigación Soumen Dutta y Byeong Su Gu. Están afiliados al Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH).

¿Dónde se publicaron los resultados de la investigación?

Los hallazgos fueron publicados en Angewandte Chemie, una prestigiosa revista académica que se centra en el campo de la química.

¿Qué desafíos enfrentaron los investigadores en el desarrollo de catalizadores?

Depositar distintos materiales de forma selectiva en ubicaciones específicas de la superficie de un catalizador planteó desafíos sustanciales. El equipo necesitaba superar problemas como las deposiciones no deseadas que podrían bloquear sitios activos o causar interferencias funcionales entre los diferentes materiales involucrados.

¿Qué técnicas innovadoras se utilizaron en esta investigación?

Los investigadores emplearon un nanorreactor novedoso y un proceso de deposición fina para controlar la ubicación de los metales depositados en un nanocristal plano 2D. Depositaron con éxito níquel y paladio sobre el nanocristal de platino de forma secuencial, lo que llevó a la creación de un catalizador híbrido de tres metales.

¿Qué tan significativa fue la mejora en la actividad catalítica?

El nanocatalizador híbrido de tres metales mostró un aumento de 7,9 veces en la actividad catalítica en comparación con el catalizador convencional de platino y carbono. Esto representa una mejora sustancial en la eficiencia de la producción de hidrógeno.

¿Cuáles son las posibles aplicaciones de esta investigación?

La aplicación principal es en vehículos propulsados por hidrógeno, ya que el catalizador avanzado puede hacer que la producción de hidrógeno sea más eficiente y rentable. También tiene implicaciones más amplias para la sostenibilidad energética.

¿Qué apoyo recibió la investigación?

El estudio fue respaldado financieramente por el Programa de Investigadores Líderes de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.

¿Cuáles son las perspectivas de futuro según el profesor In Su Lee?

El profesor In Su Lee es optimista en cuanto a que los resultados de la investigación contribuirán significativamente al desarrollo de materiales catalíticos optimizados específicamente para reacciones relacionadas con el hidrógeno.

¿Es el nanocatalizador híbrido estable para un uso prolongado?

Sí, el nuevo catalizador demostró una estabilidad notable, manteniendo su alto nivel de actividad catalítica incluso después de 50 horas de reacción continua, resolviendo eficazmente problemas de interferencias funcionales o colisiones entre diferentes heterointerfaces.

Más sobre el nanocatalizador híbrido

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7 comentarios

Mike O'Brien octubre 15, 2023 - 7:32 pm

Leer este tipo de cosas me da esperanzas sobre el futuro de la energía limpia. Sólo desearía que la investigación pudiera convertirse en soluciones del mundo real más rápidamente.

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Linda Johnson octubre 15, 2023 - 7:58 pm

Impresionante investigación sin duda. Pero ¿qué pasa con el costo? Si no es económico, no funcionará, por muy eficiente que sea.

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Sara Williams octubre 15, 2023 - 8:10 pm

Como alguien interesado en la energía sostenible, esto me entusiasma mucho. Pero aún así, ¿sólo hay 135 estaciones de hidrógeno en Corea? Les queda un largo camino por recorrer.

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timoteo verde octubre 16, 2023 - 2:30 am

El profesor In Su Lee suena optimista. Es de esperar que su trabajo allane el camino para más avances. Necesitamos esto ahora más que nunca.

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Emily Davis octubre 16, 2023 - 7:35 am

¿Entonces hicieron un nuevo catalizador? Eso es genial, pero ¿qué tan pronto podremos verlo en el mercado? Parece que podría llevar años.

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John Smith octubre 16, 2023 - 2:13 pm

Vaya, esto es algo innovador. No puedo creer que hayan logrado un aumento de 7,9 veces en la actividad. Esto podría cambiar las reglas del juego para los coches de hidrógeno.

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Robert Clark octubre 16, 2023 - 3:59 pm

Estoy fascinado por los desafíos que enfrentaron en el desarrollo de catalizadores. Muestra que no es tan fácil como pensamos. ¡Felicitaciones al equipo de Pohang U!

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