Los químicos de UNSW Sydney han inventado un nuevo y barato catalizador para separar el agua con una corriente eléctrica para producir eficientemente combustible limpio de hidrógeno.
Las sales metálicas y el sustrato se mezclan en primer lugar en una solución acuosa, y luego se introduce el ligando orgánico. A continuación, la matriz de nanoesferas MOF crece sobre la superficie del sustrato a través de un mecanismo de disolución-cristalización.
La tecnología se basa en la creación de rebanadas ultra delgadas de materiales complejos metálicos y orgánicos porosos recubiertos en un electrodo de espuma, que los investigadores han demostrado inesperadamente que es altamente conductivo de la electricidad y activo para la división del agua.
"La división del agua generalmente requiere dos catalizadores diferentes, pero nuestro catalizador puede conducir ambas reacciones necesarias para separar el agua en sus dos componentes, oxígeno e hidrógeno", dice el profesor asociado del líder del estudio, Chuan Zhao.
"Nuestro método de fabricación es simple y universal, por lo que podemos adaptarlo para producir matrices de nano hoja ultra delgadas de una variedad de estos materiales, llamados armazones orgánicos metálicos."
"En comparación con otros electrocatalizadores que dilatan el agua hasta la fecha, nuestro catalizador también está entre los más eficientes", dice.
La investigación de la UNSW de Zhao, Dr Sheng Chen y Dr Jingjing Duan se publica en la revista Nature Communications.
El hidrógeno es un portador muy bueno para la energía renovable porque es abundante, genera cero emisiones, y es mucho más fácil almacenar que otras fuentes de energía, como energía solar o eólica.
Pero el coste de producirlo usando electricidad para dividir el agua es alto, porque los catalizadores más eficientes desarrollados hasta ahora se hacen a menudo con los metales preciosos, como el platino, el rutenio y el iridio.
Los catalizadores desarrollados en la UNSW se hacen de metales abundantes, no preciosos como el níquel, el hierro y el cobre. Pertenecen a una familia de materiales porosos versátiles llamados armazones orgánicos metálicos, que tienen una amplia variedad de otras aplicaciones potenciales.
Hasta ahora, los marcos de metal orgánicos eran considerados conductores pobres y no muy útiles para las reacciones electroquímicas. Convencionalmente, se hacen en forma de polvos a granel, con sus sitios catalíticos profundamente incrustados dentro de los poros del material, donde es difícil que el agua alcance.
Al crear matrices de nanómetros de espesor de estructuras metálicas y orgánicas, el equipo de Zhao pudo exponer los poros y aumentar el área de la superficie para el contacto eléctrico con el agua.
"Con la nanoingeniería, hemos hecho una estructura metálica orgánica única que resuelve los grandes problemas de la conductividad, y el acceso a los sitios activos", dice Zhao.
"Se está rompiendo la tierra." "Pudimos demostrar que los marcos metal orgánicos pueden ser altamente conductivos, desafiando el concepto común de estos materiales como electrocatalizadores inertes".
Los marcos metal-orgánicos tienen potencial para una gama grande de usos, incluyendo almacenaje de combustible, administración de fármacos, y la captura del carbón. La demostración del equipo de UNSW de que también pueden ser altamente conductivos introduce una serie de nuevas aplicaciones para esta clase de material más allá de la electro-catálisis.