fuente: Journal of the American Chemical Society/mining.com
Una nueva investigación realizada por científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Brinda información que podría usarse para diseñar nuevos materiales para producir combustibles renovables y almacenar energía.
En un artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society , los investigadores exploran en profundidad la idea de utilizar óxidos de perovskita para acelerar la reacción de evolución de oxígeno o REA. Esta reacción es lo que libera oxígeno molecular del agua para producir hidrógeno y también promueve una variedad de procesos químicos, incluidos los que se encuentran en las baterías.
Las interacciones entre el óxido de perovskita, su capa superficial cambiante y las especies de hierro que están activas hacia los REA abren un nuevo camino para el diseño de materiales activos y estables, adecuados para la producción de hidrógeno verde.
Los óxidos de perovskita abarcan una gama de compuestos que tienen todos una estructura cristalina similar. Normalmente contienen un metal alcalinotérreo o lantánidos como lantano y estroncio, y un metal de transición como el cobalto, combinado con oxígeno.Basando su investigación teórica y de laboratorio en la noción de que la superficie de un material, donde reacciona con su entorno, puede ser completamente diferente del resto, los expertos decidieron profundizar en si este era el caso de los materiales de perovskita, considerando que el Los óxidos tienden a degradarse lentamente al acelerar los REA.
“En los sistemas de electrolizadores de agua, que dividen el agua en hidrógeno y oxígeno, los óxidos de perovskita interactúan con un electrolito hecho de agua y especies especiales de sal, creando una interfaz que permite que el dispositivo funcione”, explicaron los científicos en un comunicado de prensa. “A medida que se aplica la corriente eléctrica, esa interfaz es fundamental para iniciar el proceso de división del agua”.
Según el equipo de ANL, la superficie del material es el aspecto más importante de cómo procederá la reacción de evolución de oxígeno, es decir, cuánto voltaje se necesitará y cuánto oxígeno e hidrógeno se producirá.
Usando perovskita de óxido de cobalto de lantano y afinándola ‘dopando’ el lantano con estroncio, un metal más reactivo, el grupo notó que cuanto más estroncio se agregaba al material inicial, más rápido evolucionaba su superficie y se volvía activa para los REA. Concluyeron que la disolución del estroncio y la pérdida de oxígeno de la perovskita estaban impulsando la formación de esta capa superficial amorfa.”La última pieza que faltaba para entender por qué las perovskitas estaban activas hacia los REA era explorar el papel de las pequeñas cantidades de hierro presentes en el electrolito”, dijo Pietro Papa Lopes, autor principal del estudio, en el informe.
Esta última fase del estudio encontró que la superficie del óxido de perovskita evolucionó hacia una película amorfa rica en cobalto de solo unos pocos nanómetros de espesor. Cuando el hierro estaba presente en el electrolito, el hierro ayudó a acelerar los REA, mientras que la película rica en cobalto tuvo un efecto estabilizador sobre el hierro, manteniéndolo activo en la superficie.En opinión de Lopes, estos resultados sugieren nuevas estrategias potenciales para diseñar materiales de perovskita que sean más estables y capaces de promover los REA.
“El REA es parte de muchos procesos, por lo que la aplicabilidad aquí es bastante amplia”, dijo el investigador. “Comprender la dinámica de los materiales y su efecto en los procesos de la superficie es cómo podemos hacer que los sistemas de almacenamiento y conversión de energía sean mejores, más eficientes y asequibles”.
