SAI-Servicio de Actualización Informativa

SAI-Número: 2018/280

Jueves, 1 de Marzo de 2018


Catalizador de alta eficiencia y bajo costo para la electrólisis del agua


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Un equipo de investigación liderado por el Profesor Sangaraju Shanmugam de Ciencia e Ingeniería Energética en DGIST ha desarrollado electrocatalizador nanoestructurado núcleo-carcasa altamente eficiente y duradero y reemplazó con éxito el ánodo precioso en la electrólisis del agua, a través de la colaboración con el grupo de investigación del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).

La sustitución de los combustibles convencionales por recursos de energía renovable es un enfoque adecuado para lograr un entorno ecológico y disminuir las futuras demandas de energía. Por lo tanto, la generación o conversión de energía electroquímica en dispositivos de energía renovable, que depende de las reacciones de ánodo y cátodo, ha recibido mucha atención.

En la división de agua electrocatalítica, el gas de oxígeno se genera en el ánodo debido a la reacción de evolución de oxígeno (OER), una reacción electroquímica lenta en comparación con la reacción de evolución de hidrógeno (HER). Por lo tanto, se necesita un electrocatalizador adecuado para la división de agua electrocatalítica estable.

El desarrollo de electrocatalizadores de OER eficientes, duraderos y de bajo costo es importante para los dispositivos de energía de electrolizadores de agua. Hasta ahora, los óxidos de rutenio e iridio se consideraban electrocatalizadores de última generación en REA, pero la falta de estabilidad limita su uso en la división de agua a gran escala, lo que dificulta la comercialización generalizada.

El equipo del profesor Shanmugam, junto con investigadores de PNNL, se han centrado en desarrollar un electrocatalizador de metal no noble alternativo de bajo costo para reemplazar el electrodo de ánodo de metal noble en la división eficaz del agua. El metal con soporte de carbono se considera un material electrocatalítico eficiente para una REA mejorada en la división del agua. Hasta ahora, la mayoría de los electrocatalizadores desarrollados han presentado un mayor contenido de carbono y menos contenido especioso de metales activos. La cantidad de carbono más alta empantanó los sitios activos de metal real y dio como resultado condiciones de corrosión de carbono más rápidas. Esto condujo a una menor actividad electrocatalítica.

En el estudio, los investigadores descubrieron que una gran cantidad de iones de metal de cobalto inorgánico unidos por ligandos orgánicos en el azul de Prusia son un precursor adecuado para el desarrollo de electrocatalizadores de núcleo y capa de grafito encapsulados en nanocarbono grafídicos dorados con nitrógeno y ultraestables para el REA lento (ánodo) en la división del agua.

Cuando se calienta (600 a 900 grados C) en una atmósfera inerte, los iones metálicos de cobalto y ligandos orgánicos en la sal se transforman en capas de carbón fino grafito dopado con nitrógeno y grafito, respectivamente, que forman la delgada capa de carbono, metálico encapsulado. nanoestructuras de núcleo y capa de cobalto (Core-Shell Co @ NC). Las delgadas capas de carbono tienen una fuerte interacción con el metal de cobalto, que promueven menos corrosión de carbono, exhiben un excelente movimiento de electrones y tienen más exposición de metal de cobalto al medio de reacción, incluida la formación de una morfología nanométrica sin agregación de partículas.

El efecto combinado del carbono y el metal cobalto en los electrodos logra una actividad de REA electrocatalítica más eficiente que los electrodos de metal precioso para una eficiente división del agua. Por lo tanto, el electrodo no noble rico en metales es un ánodo de OER alternativo, activo, estable y menos costoso para la producción rentable de gas H2 en la electrólisis de agua a escala comercial.

"Anticipamos que este es un enfoque único para desarrollar nanoestructuras compuestas de metales reducidos y ricos en metales que tienen sitios activos de metal mejorados, que cuentan con una capa fina de carbono y movimiento de electrones ultrarrápido en la superficie del catalizador, que mejorarán la actividad electroquímica y la estabilidad de los electrocatalizadores ", dice el profesor Shanmugam. "Llevaremos a cabo los estudios de seguimiento que se pueden utilizar para comprender el verdadero mecanismo REA en las especies activas en presencia de recubrimiento de nanocarbono".


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