Un equipo de investigadores de los Institutos de Ciencia Física de Hefei, pertenecientes a la Academia China de Ciencias, ha presentado una estrategia innovadora para mejorar el rendimiento de los catalizadores de rutenio (Ru). Este avance representa una alternativa eficiente y económica al platino (Pt), un material costoso y escaso que se utiliza comúnmente en los catalizadores para la reacción de oxidación de hidrógeno (HOR, por sus siglas en inglés). El estudio ha sido publicado recientemente en la revista Nano Letters.
El rutenio se ha perfilado como un sustituto prometedor; sin embargo, su actividad catalítica bajo condiciones alcalinas se ve obstaculizada debido a la fuerte adsorción de intermediarios como el hidrógeno (H*) y los hidroxilos (OH*), lo que ralentiza la reacción. Ante este desafío, los investigadores, liderados por el profesor Wang Hui, en colaboración con los profesores Zheng Fangcai y Luo Qiquan de la Universidad de Anhui, han diseñado una estrategia para ajustar el entorno electrónico local del Ru. Mediante la incorporación de átomos de Ru en redes de óxido de manganeso, lograron ingenieros enlaces Ru–O interfaciales, confirmados a través de espectroscopía de resonancia de electrones (ESR).
Optimización del rendimiento catalítico
Este ingenio en la ingeniería interfacial provocó un desplazamiento hacia abajo en el centro de la banda d de los átomos de Ru, optimizando el comportamiento de adsorción de los intermediarios de reacción y reduciendo la barrera energética para la formación de agua. Como resultado, el catalizador de Ru mostró una notable actividad de masa de 1.26 mA por microgramo de Ru en una solución de 0.1 M de KOH, superando en 13 veces un catalizador de referencia Ru/C y en 8 veces a un catalizador comercial Pt/C. Además, el catalizador demostró una excelente durabilidad y una fuerte resistencia a la toxicidad por monóxido de carbono.
Este estudio no solo establece un nuevo referente para los materiales basados en Ru, sino que también profundiza en la comprensión del papel que tecnologías de campo magnético, como la ESR, pueden desempeñar en el diseño de catalizadores avanzados. La sostenibilidad y eficiencia en la producción de hidrógeno se presentan como cruciales en la transición hacia energías más limpias, y estos avances en la investigación de catalizadores son un paso significativo en esa dirección.
Más información:
Xiaojuan Zhang et al, Lattice-Confined Ru Electrocatalysts with Optimal Localized Interfacial Electrons for Efficient Alkaline Hydrogen Oxidation, Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c06285
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
