Internacional. Un equipo de investigación liderado por el Profesor Sangaraju Shanmugam de Ciencia e Ingeniería Energética en DGIST (Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk de Corea) ha desarrollado un electrocatalizador nanoestructurado core-shell altamente eficiente y ultraduradero y reemplazó exitosamente el ánodo precioso en la electrólisis del agua, a través de la colaboración con el grupo de investigación Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), EE.UU.
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. Para estos fines, 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), y es una reacción electroquímica lenta en comparación con la reacción de evolución de hidrógeno (HER). Por lo tanto, se necesita un electrocatalizador adecuado para una división de agua electrocatalítica prometedora y estable.
El desarrollo de electrocatalizadores de OER eficientes, duraderos y de bajo costo es un gran desafío y prestó más atención a los dispositivos de energía renovable del electrolizador de agua. Hasta ahora, los óxidos de rutenio e iridio se consideran electrocatalizadores de última generación en OER, pero la falta de estabilidad limita su uso en la división de agua a gran escala y dificulta la comercialización generalizada.
Por lo tanto, los equipos del Profesor Shanmugam y PNNL se han enfocado en desarrollar un electrocatalizador de metal no noble alternativo, de bajo costo, para reemplazar el electrodo de ánodo de metal noble en una eficiente división de agua. El metal soportado en carbono se ha considerado como un material electrocatalítico eficiente para la OER 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 mayor cantidad de carbono encharcó los sitios activos de metal real y, por lo tanto, dio como resultado unas condiciones de corrosión de carbono más rápidas. Esto condujo a una menor actividad electrocatalítica, estabilidad y procesos de división de agua a gran escala (escalabilidad).
En el estudio, los investigadores descubrieron que una gran cantidad de iones de metal de cobalto inorgánico unidos por ligandos orgánicos en el análogo azul de Prusia demostraron ser un precursor adecuado para el desarrollo de nanocarbono grafítico dopado con nitrógeno, eficiente y ultraestable, rico en metales Electrocatalizadores encapsulados de núcleo y capa para el OER (ánodo) inactivo en la división de agua.
Cuando se calienta (600-900 ° C) en una atmósfera inerte, los iones metálicos de cobalto y ligandos orgánicos en la sal se transforman en capas de carbón delgadas de grafito dopado con nitrógeno y metal cobalto, respectivamente, que forman nanoestructuras core-shell de cobalto, de delgada capa de carbono y metálico encapsulado (Core-Shell Co NC). Las delgadas capas de carbono tienen una fuerte interacción con el metal de cobalto, que puede promover menos corrosión de carbono, movimiento de electrones excelente y más exposición de metal de cobalto al medio de reacción, incluiyendo la formación de morfología nanométrica sin agregación de partículas.
En consecuencia, el efecto combinado del carbono y el metal cobalto en los electrodos logra una actividad electrocatalítica más eficiente del OER que la de los electrodos de metales preciosos para permitir 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.
Fuente: Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk de Corea.
