Originalmente, el término "sherpa" designaba a una tribu montañesa de ascendencia tibetana, pero desde entonces se ha convertido en sinónimo de guías en el Everest, la montaña más alta y escarpada del mundo. Al igual que estos sherpas, la investigación sobre la exigente tarea de desarrollar catalizadores para la producción de hidrógeno está avanzando sustancialmente y se ha ganado el reconocimiento como artículo de portada en una destacada revista internacional.
El profesor Yong-Tae Kim, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y del Instituto de Postgrado de Tecnología de Materiales Ferrosos y Ecológicos, y Kyu-Su Kim, estudiante de doctorado del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), colaboraron en un proyecto de investigación que ofrece una dirección prometedora para el futuro desarrollo de catalizadores para la electrólisis del agua. Su estudio ha suscitado una considerable atención académica y ha sido presentado como artículo de portada en ACS Catalysis, una revista internacional del campo de la química.
La electrólisis del agua, un método para producir hidrógeno a partir del abundante recurso del agua, se perfila como una tecnología respetuosa con el medio ambiente que no produce emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, este proceso se enfrenta a limitaciones debido a su dependencia de catalizadores de metales preciosos como el iridio (Ir), lo que lo hace económicamente inviable. Los investigadores están explorando activamente el desarrollo de catalizadores en forma de aleaciones metálicas para hacer frente a este reto.
En el campo de la investigación sobre catalizadores para la electrólisis del agua, los principales catalizadores analizados son el iridio, el rutenio (Ru) y el osmio (Os). El iridio, a pesar de su gran estabilidad, presenta una baja actividad y tiene un precio elevado. Por el contrario, el rutenio muestra una actividad encomiable y es una opción más rentable que el iridio, aunque carece del mismo nivel de estabilidad. El osmio, por su parte, se disuelve fácilmente en diversas condiciones electroquímicas, lo que conduce a la formación de nanoestructuras con una superficie electroquímicamente activa ampliada, mejorando así la actividad geométrica.
El equipo del profesor Yong-Tae Kim en POSTECH es pionero en un novedoso enfoque de los catalizadores de electrólisis del agua para la producción ecológica de hidrógeno
Al principio, el equipo de investigación desarrolló catalizadores que utilizaban tanto iridio como rutenio. Al combinar estos metales, consiguieron preservar los excelentes atributos de cada uno, lo que dio lugar a catalizadores que demostraron mejoras tanto en actividad como en estabilidad. Los catalizadores que incorporaban osmio mostraron una elevada actividad gracias a la ampliación de la superficie electroquímicamente activa lograda mediante la formación de nanoestructuras. Estos catalizadores conservaron las propiedades ventajosas del iridio y el rutenio.
Posteriormente, el equipo amplió su experimentación para incluir los tres metales. Los resultados mostraron un aumento moderado de la actividad, pero la disolución del osmio tuvo un efecto perjudicial, comprometiendo significativamente la integridad estructural del iridio y el rutenio. En esta serie, la aglomeración y la corrosión de las nanoestructuras se aceleraron, lo que provocó una disminución del equilibrio del rendimiento catalítico.
A partir de estos resultados, el equipo de investigación ha propuesto varias vías para seguir investigando sobre catalizadores. En primer lugar, destacan la necesidad de una métrica que pueda evaluar simultáneamente la actividad y la estabilidad. Esta métrica, conocida como factor de actividad-estabilidad, fue presentada inicialmente por el grupo de investigación de Kim en una revista internacional en 2017.
Además, el equipo aboga por conservar las propiedades superiores del catalizador incluso después de la formación de nanoestructuras, con el fin de mejorar la superficie electroquímicamente activa del electrocatalizador. También destacan la importancia de seleccionar cuidadosamente los materiales candidatos que pueden dar lugar a sinergias eficaces en aleación con otros metales. La esencia de este estudio no radica en presentar resultados concretos como el desarrollo de nuevos catalizadores, sino en ofrecer consideraciones esenciales para el diseño de catalizadores.
El profesor Yong-Tae Kim, que encabezó la investigación, señaló: "Esta investigación marca el principio de nuestro viaje, no la conclusión". Compartió su visión afirmando: "Nos dedicamos al desarrollo continuo de catalizadores eficientes para la electrólisis del agua basándonos en los conocimientos adquiridos en esta investigación."
El estudio recibió apoyo del Programa de Descubrimiento de Materiales Futuros de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
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