REVISTA DYNA NEW TECHNOLOGIES

La tecnología para el almacenamiento y el transporte del hidrógeno tiende un puente entre la producción de energía sostenible y el uso de combustible y, por lo tanto, es un componente esencial para una economía del hidrógeno viable.

Sin embargo, los medios tradicionales de almacenamiento y transporte son caros y vulnerables a la contaminación. Por ello, los investigadores están buscando técnicas alternativas que sean fiables, de bajo costo y sencillas. Los sistemas de suministro de hidrógeno más eficientes beneficiarían a muchas aplicaciones como las industrias de energía estacionaria, energía portátil y vehículos móviles.

Ahora, como se informa en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores han diseñado y sintetizado un material efectivo para acelerar uno de los pasos limitantes en la extracción de hidrógeno de los alcoholes.

Dicho material, un catalizador, está hecho de pequeños nódulos de níquel metal anclados en un sustrato 2-D. El equipo dirigido por investigadores de Molecular Foundry del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) descubrió que el catalizador podía acelerar de forma limpia y eficiente la reacción que extrae los átomos de hidrógeno de un portador químico líquido.

El nuevo material no utiliza metales preciosos

El material es robusto y está hecho de metales abundantes en lugar de las opciones existentes hechas de metales preciosos, y ayudará a hacer del hidrógeno una fuente de energía viable para una amplia gama de aplicaciones.

Perfeccionando el funcionamiento de los catalizadores

Para mejorar el rendimiento y la estabilidad de estos catalizadores basados en metales abundantes, se utilizó una estrategia que se centra en grupos pequeños y uniformes de níquel. Los clusters diminutos son importantes porque maximizan la exposición de la superficie reactiva en una cantidad dada de material. Pero también tienden a agruparse, lo que inhibe su reactividad.

Para solucionarlo, se diseñó y realizó un experimento que combatió la aglomeración depositando nódulos de níquel de 1,5 nanómetros de diámetro en un sustrato bidimensional hecho de boro y nitrógeno creado para albergar una red de nódulos a escala atómica.

Los grupos de níquel se dispersaron uniformemente y se anclaron de forma segura en las cavidades. Este diseño no sólo evitó la aglomeración, sino que sus propiedades térmicas y químicas mejoraron enormemente el rendimiento global del catalizador al interactuar directamente con los clusters de níquel.

Las mediciones con rayos X y espectroscopia, combinadas con cálculos teóricos identificaron cambios en las propiedades físicas y químicas de las láminas 2D, mientras se formaban diminutos nódulos de níquel que se depositaban en ellas.

Los diminutos y estables clusters facilitaron la acción en los procesos de separación del hidrógeno de su portador líquido, dotando al catalizador de una excelente selectividad, productividad y rendimiento estable.

Los cálculos mostraron que el tamaño del catalizador era la razón por la que su actividad estaba entre las mejores en relación con otras que se han notificado recientemente.

El material permaneció libre de contaminación durante los pasos clave de la reacción de producción de hidrógeno. Estas propiedades catalíticas y anticontaminantes surgieron de las imperfecciones que se habían introducido deliberadamente en las láminas 2D y, en última instancia, ayudaron a mantener el tamaño del cúmulo pequeño.

Con su catalizador, los investigadores lograron el objetivo de crear un material relativamente barato, fácilmente disponible y estable que ayuda a extraer el hidrógeno de los portadores líquidos para su uso como combustible.

El trabajo futuro del equipo del Laboratorio de Berkeley perfeccionará aún más la técnica de modificar los sustratos 2-D de manera que soporten pequeños grupos de metales, para desarrollar catalizadores aún más eficientes. La técnica podría ayudar a optimizar el proceso de extracción de hidrógeno de los portadores químicos líquidos.