La producción de hidrógeno verde ha tomado un nuevo impulso gracias a un reciente estudio que investiga la utilización de clatratos como catalizadores en la electrólisis del agua. Este avance, publicado en la revista Angewandte Chemie International Edition, destaca la eficiencia y robustez de un nuevo material conocido como Ba8Ni6Ge40, que supera a los catalizadores basados en níquel actualmente en uso.
Los clatratos son compuestos con estructuras complejas en forma de jaula, capaces de alojar iones huéspedes. En este caso, el equipo de investigación liderado por el Dr. Prashanth Menezes ha demostrado que el clatrato mencionado no solo es más eficiente que los catalizadores de níquel, sino que también ofrece una explicación clara para su rendimiento superior. Durante las reacciones catalíticas, la estructura de jaula tridimensional se transforma en nanosheets ultradelgados, lo que maximiza el contacto con los centros catalíticos activos.
Transformación estructural y rendimiento catalítico
Las mediciones realizadas en el acelerador de electrones BESSY II revelaron que los materiales experimentados sufren cambios estructurales significativos durante la reacción. En particular, se observó que los átomos de germanio y bario, que constituyen la mayor parte del material de partida, se disuelven, dejando una red de níquel esponjosa con una superficie de contacto considerablemente mayor.
Este descubrimiento es crucial, ya que la producción de hidrógeno mediante electrólisis es un componente esencial de la transición hacia un sistema energético más sostenible. El hidrógeno verde, producido utilizando fuentes de energía renovable, se considera un pilar fundamental para la industria química y la reducción de emisiones de carbono. Sin embargo, el proceso de electrólisis se ve obstaculizado por la reacción de evolución de oxígeno (OER), que a menudo es lenta. La investigación subraya la necesidad de desarrollar catalizadores más eficientes y duraderos para acelerar esta reacción.
El Ba8Ni6Ge40 ha mostrado una notable estabilidad, manteniendo su actividad incluso después de diez días de operación continua. Este rendimiento, superior al de los catalizadores basados en níquel, se ha medido a una densidad de corriente de 550 mA cm⁻², un valor relevante para las aplicaciones industriales de electrólisis.
La combinación de espectroscopia de absorción de rayos X in situ y caracterización estructural ha permitido a los investigadores comprender por qué este material es tan efectivo. Se prevé que la investigación sobre clatratos como electrocatalizadores continúe y se amplíe a otros metales de transición, abriendo la puerta a nuevas posibilidades en el desarrollo de catalizadores innovadores.
Este avance no solo representa un paso adelante en la investigación de materiales para energías renovables, sino que también refleja el potencial de la ciencia para abordar los desafíos ambientales actuales, contribuyendo a una economía más verde y sostenible.
