137 países de todo el mundo han firmado un acuerdo de cambio climático “de cero neto” para poner fin al uso de combustibles fósiles y lograr cero emisiones de carbono para 2050. El hidrógeno se está promocionando como la próxima fuente de energía verde porque solo emite agua y oxígeno cuando se utiliza como fuente de energía. Los métodos de producción de hidrógeno se dividen en hidrógeno gris, hidrógeno azul e hidrógeno verde según la fuente de energía y las emisiones de carbono. Entre ellos, el método de producción de hidrógeno verde es el más ecológico, que produce hidrógeno sin emisiones de carbono mediante la electrólisis del agua utilizando energía verde.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Albert Sung Soo Lee del Centro de Investigación de Convergencia para Soluciones a la Interferencia Electromagnética en Movilidad Futura y el Centro de Investigación de Arquitectura de Materiales en el Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) en colaboración con el grupo del profesor Chong Min Koo en la Universidad de Sungkyunkwan, ha desarrollado un MXene basado en molibdeno estable a la oxidación como soporte electrocatalítico en electrólizadores de agua de membrana de intercambio aniónico. Al ser estable contra las condiciones de alto voltaje oxidativo, si se aplica como portador para catalizadores de electrólisis, puede utilizarse como material de electrodo de reacción de evolución de oxígeno para la producción de hidrógeno verde para reducir el coste de la producción de hidrógeno verde.

La descomposición del agua en moléculas de hidrógeno y oxígeno requiere una gran cantidad de energía. Para reducir esta energía de reacción inicial, se utiliza un catalizador, y cuanto menor es el tamaño del catalizador, que está formado por pequeñas partículas a nanoescala, mayor es el área superficial, lo que permite que la reacción tenga lugar. Sin embargo, con el tiempo, las pequeñas partículas de catalizador pueden aglomerarse, reduciendo el área superficial y reduciendo la eficiencia de la producción de hidrógeno. Para evitar esto, se utilizan juntos catalizadores y soportes, y el carbono se utiliza principalmente para el cátodo, donde se produce el hidrógeno, pero cuando el carbono se utiliza en una reacción de oxidación en el ánodo, se oxida a dióxido de carbono. Por lo tanto, se necesita un soporte con alta resistencia a la oxidación.

Un material que puede utilizarse como soporte es el MXene. Los MXene son nanomateriales compuestos por átomos metálicos (Ti, Mo, Hf, Ta, etc.) y átomos de carbono o nitrógeno, que muestran propiedades eléctricamente conductoras y tienen una nanoestructura 2D adecuada para el soporte del catalizador, lo que los hace favorables para la producción de hidrógeno. Los MXene basados en titanio han sido los más estudiados debido a su alta conductividad eléctrica. Sin embargo, debido a la naturaleza atómica del titanio, que se oxida fácilmente en el agua, ha dado lugar a la desventaja inherente de que el catalizador no puede mantener una alta conductividad eléctrica. Para superar esto, el equipo diseñó un nuevo catalizador de ánodo que utiliza MXene basado en carburo de molibdeno como soporte.

Cuando el MXene basado en molibdeno se utiliza como soporte, se crean fuertes enlaces químicos entre los átomos de molibdeno en la superficie del MXene y los materiales activos de cobalto. Los enlaces químicos resultantes aumentaron la eficiencia de producción de hidrógeno en aproximadamente 2,45 veces. En particular, la durabilidad de la célula unitaria se mejoró en más de 10 veces en comparación con los resultados de un MXene basado en titanio reciente, que duró menos de 40 horas. Se espera que esto reduzca el coste de la producción de hidrógeno verde y se aplicará a plantas de producción de hidrógeno a gran escala y centrales de energía de hidrógeno verde a gran escala en el futuro.

“Al controlar los elementos que componen el MXene, pudimos encontrar candidatos adecuados para entornos de producción de hidrógeno verde, y a través de esto, aseguramos un soporte MXene estable en un entorno oxidante”, dijo el Dr. Albert Sung Soo Lee de KIST. “En el futuro, contribuiremos a la revitalización de la economía basada en el hidrógeno desarrollando catalizadores de electrodos generadores de oxígeno con eficiencia catalítica y durabilidad”.

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El KIST se estableció en 1966 como el primer instituto de investigación financiado por el gobierno en Corea. El KIST ahora se esfuerza por resolver los desafíos nacionales y sociales y asegurar motores de crecimiento a través de la investigación líder e innovadora. Para obtener más información, visite el sitio web del KIST en

Esta investigación contó con el apoyo de la subvención del Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología (NST) del gobierno de Corea (MSIT) (CRC22031-000), el Ministerio de Ciencia y TIC (Ministro Lee Jong-Ho) en el marco del Programa de Investigación Científica Básica, así como el Programa KIST Young Fellow. Estos hallazgos se publicaron en el último número de la revista internacional Applied Catalysis B: Environment and Energy (IF: 20.2, top 0.6% en JCR).