El agua de mar es uno de los recursos más abundantes del planeta y es prometedor como fuente de hidrógeno (deseable como fuente de energía limpia) y de agua potable en climas áridos. Pero incluso cuando las tecnologías de división del agua capaces de producir hidrógeno a partir de agua dulce se han vuelto más efectivas, el agua de mar sigue siendo un desafío.

Investigadores de la Universidad de Houston han informado de un avance significativo con un nuevo catalizador de reacción de desprendimiento de oxígeno que, combinado con un catalizador de reacción de desprendimiento de hidrógeno, logró densidades de corriente capaces de soportar las demandas industriales al tiempo que requería un voltaje relativamente bajo para iniciar la electrólisis del agua de mar.

Los investigadores dicen que el dispositivo, compuesto de nitruros de metales no nobles de bajo costo, logra evitar muchos de los obstáculos que han limitado los intentos anteriores de producir hidrógeno o agua potable a partir de agua de mar de manera económica. El trabajo se describe en Nature Communications.

Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en la UH y autor correspondiente del artículo, dijo que un obstáculo importante ha sido la falta de un catalizador que pueda dividir eficazmente el agua de mar para producir hidrógeno sin liberar también iones de sodio, cloro y calcio. y otros componentes del agua de mar, que una vez liberados pueden depositarse en el catalizador y dejarlo inactivo. Los iones de cloro son especialmente problemáticos, en parte porque el cloro requiere un voltaje ligeramente mayor para liberarse que el necesario para liberar hidrógeno.

Los investigadores probaron los catalizadores con agua de mar extraída de la Bahía de Galveston frente a la costa de Texas. Ren, profesor titular de física del MD Anderson en la UH, dijo que también funcionaría con aguas residuales, proporcionando otra fuente de hidrógeno a partir de agua que de otro modo sería inutilizable sin un tratamiento costoso.

"La mayoría de la gente utiliza agua dulce limpia para producir hidrógeno mediante la división del agua", dijo. "Pero la disponibilidad de agua dulce limpia es limitada".

Para abordar los desafíos, los investigadores diseñaron y sintetizaron un catalizador tridimensional de reacción de evolución de oxígeno núcleo-cubierta utilizando nitruro de metal de transición, con nanopartículas hechas de un compuesto de níquel-nitruro de hierro y nanobarras de níquel-molibdeno-nitruro sobre espuma porosa de níquel.

El primer autor, Luo Yu, investigador postdoctoral en la UH que también está afiliado a la Universidad Normal Central de China, dijo que el nuevo catalizador de reacción de evolución de oxígeno se combinó con un catalizador de reacción de evolución de hidrógeno previamente informado de nanobarras de nitruro de níquel-molibdeno.

Los catalizadores se integraron en un electrolizador alcalino de dos electrodos, que puede funcionar con calor residual mediante un dispositivo termoeléctrico o con una batería AA.

Los voltajes de las celdas necesarios para producir una densidad de corriente de 100 miliamperios por centímetro cuadrado (una medida de densidad de corriente, o mA cm-2) oscilaron entre 1,564 V y 1,581 V.

El voltaje es significativo, dijo Yu, porque mientras que se requiere un voltaje de al menos 1,23 V para producir hidrógeno, el cloro se produce a un voltaje de 1,73 V, lo que significa que el dispositivo tenía que poder producir niveles significativos de densidad de corriente con un voltaje entre los dos niveles.

Además de Ren y Yu, los investigadores del artículo incluyen a Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao y Shuo Chen, todos de UH; y Ying Yu de la Universidad Normal Central de China.

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