Innovación en hidrógeno verde: nuevo fotocatalizador de la Universidad Estatal de Oregón

MadridInvestigadores de la Universidad Estatal de Oregón han desarrollado un nuevo material capaz de generar energía limpia a partir del sol y el agua de manera eficiente. Este material funciona como fotocatalizador y facilita la producción de hidrógeno, que es crucial para las pilas de combustible en automóviles, la fabricación de productos químicos como el amoníaco, la refinación de metales y la producción de plásticos. Este descubrimiento podría ser un método efectivo para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y combatir el cambio climático.

Kyriakos Stylianou y su equipo en el OSU College of Science están investigando los marcos organometálicos (MOFs). Estos son materiales con diminutos poros que se pueden ajustar para diferentes aplicaciones. Los MOFs consisten en iones metálicos conectados por moléculas orgánicas.

En este estudio, el equipo utilizó:

• Óxido de rutenio
• Óxido de titanio
• Dopaje con azufre y nitrógeno

para crear una heterounión, una combinación de dos materiales con propiedades complementarias que mejora la capacidad del fotocatalizador para dividir agua en hidrógeno cuando se expone a la luz solar. A este nuevo material lo llaman RTTA.

Al probar diferentes tipos de RTTAs con cantidades variables de óxidos, descubrieron que RTTA-1 era el más eficaz. RTTA-1, que contiene la menor cantidad de óxido de rutenio, produjo hidrógeno más rápidamente y tuvo un alto rendimiento cuántico. En una hora, un gramo de RTTA-1 generó más de 10,700 micromoles de hidrógeno.

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Stylianou explicó que RTTA-1 es eficaz porque combina adecuadamente las características de los óxidos metálicos con las propiedades superficiales del MOF original. Este nuevo enfoque puede hacer que la producción de hidrógeno sea más sostenible y eficiente.

Producir hidrógeno a partir de agua con este nuevo fotocatalizador es más limpio que usar gas natural. Normalmente, se obtiene hidrógeno mediante la reforma de metano con vapor, lo cual libera dióxido de carbono. El nuevo método utiliza energía solar, convirtiéndose en una opción más ecológica.

Generar hidrógeno mediante electrocatalisis implica pasar electricidad a través de un catalizador, pero para ser sostenible debe depender de energías renovables. Además, el costo debe ser competitivo con el método de reformado de metano con vapor, que produce hidrógeno a aproximadamente 1,50 dólares por kilogramo, en comparación con los 5 dólares por kilogramo del hidrógeno verde.

Stylianou explicó que el agua es una fuente abundante de hidrógeno y que podemos utilizar la luz solar para producir hidrógeno mediante la fotocatálisis. Aunque el óxido de rutenio es costoso, la pequeña cantidad necesaria en RTTA-1 lo hace menos problemático para su uso industrial. Si el catalizador sigue siendo estable y fiable, el costo de la pequeña cantidad de óxido de rutenio se vuelve menos relevante.

La investigación fue financiada por el College of Science y el Department of Chemistry de OSU, así como por los profesores jubilados y exalumnos de OSU Brian y Marilyn Kleiner. El proyecto, liderado por los estudiantes de posgrado Emmanuel Musa, Ankit Yadav y Kyle Smith, se publicó en Angewandte Chemie. El equipo de trabajo también incluyó al profesor Xiulei "David" Ji, al director de Electron Microscopy Facility Peter Eschbach, al investigador postdoctoral Min Soo Jung y al profesor asociado William Stickle.