IIT Guwahati Desarrolla Material para Combustible de Hidrógeno y Desalinización de Agua

(MENAFN- AsiaNet News)

Investigadores del Instituto Indio de Tecnología de Guwahati han desarrollado un nuevo material que puede generar combustible de hidrógeno mediante la electrólisis del agua. Aunque la división total del agua requiere un potencial termodinámico de 1.23 V, este material demuestra un sobrepotencial de reacción de evolución de hidrógeno (HER) ultrabajo de solo 12 mV, superando al electrodo comercial Pt/C, lo que destaca su excelente rendimiento electrocatalítico.

Además, se ha demostrado que el mismo material también soporta la desalinización de agua de mar utilizando energía solar. Los hallazgos de esta investigación han sido publicados en la prestigiosa revista Advanced Functional Materials, en un artículo coautoría del Prof. PK Giri, profesor del Departamento de Física, junto con sus investigadores Koushik Ghosh y Sanjoy Sur Roy, en IIT Guwahati.

La Necesidad de Soluciones Sostenibles

La primera se relaciona con el aumento del daño ambiental causado por el uso de combustibles fósiles. El hidrógeno se suele denominar un combustible limpio porque, cuando se usa, el agua es el único subproducto y no se produce CO2. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno actualmente en uso se genera a partir de combustibles fósiles. Esto plantea la necesidad de procesos y materiales más sostenibles para obtener y producir hidrógeno.

El segundo desafío es la escasez de agua potable segura. Para abordar esto, la desalinización del agua de mar puede ser una opción. Sin embargo, es un método costoso. El uso de la luz solar para el proceso de desalinización puede ser una alternativa rentable.

Un Catalizador Innovador Basado en MXene

En respuesta, el equipo de investigación del IIT Guwahati desarrolló un catalizador basado en MXene que puede producir hidrógeno de manera eficiente a partir del agua y actuar como fotocatalizador para la desalinización. Los MXenes son un grupo de materiales bidimensionales conocidos por propiedades como alta conductividad eléctrica. Sin embargo, los MXenes comunes tienen un área superficial activa relativamente baja, lo que limita su rendimiento catalítico.

Para superar esto, los investigadores modificaron el material en estructuras ultrafinas, en forma de cintas, para mejorar el transporte de carga y aumentar el área superficial activa disponible. También introdujeron átomos de Rutenio en sitios de vacantes de oxígeno en el material diseñado para potenciar aún más su rendimiento catalítico. Se cree que esta combinación fortalece las interacciones entre el metal y el soporte, resultando en una actividad catalítica altamente mejorada.

El equipo también realizó modelado computacional avanzado para entender cómo estas modificaciones a nivel atómico contribuyeron al rendimiento mejorado. Durante los experimentos, observaron que el material diseñado catalizaba eficientemente la reacción de evolución de hidrógeno cuando se suministraba una pequeña cantidad de energía adicional. El material mostró un mejor rendimiento bajo condiciones de luz solar simulada debido a su excelente capacidad de conversión fototérmica y mantuvo la estabilidad durante períodos prolongados, con una mínima disminución en el rendimiento.

Al hablar sobre los hallazgos de la investigación, el Prof. Giri dijo: “El material en capas bidimensionales MXene es un material maravilloso con aplicaciones multifuncionales. Este estudio demuestra el desarrollo sostenible de energía limpia de hidrógeno y una solución de agua potable mediante la ingeniería de defectos en MXene ultrafino. Debido a su alto rendimiento y mayor estabilidad, el material desarrollado tiene potencial para uso comercial.”

Aplicación en la Desalinización de Agua de Mar

Como parte de los experimentos, los MXenes se integraron en una estructura tridimensional especialmente diseñada llamada evaporador Janus. Este dispositivo flota sobre el agua y reduce la pérdida de energía al calentar solo la capa superficial. Bajo condiciones de luz solar estándar, logró una tasa de evaporación de aproximadamente 3.2 kg/m2/h.

Se probó de forma continua durante cinco días en agua salada sin que se depositara sal. El sistema eliminó eficazmente las sales y otros contaminantes, produciendo agua apta para consumo humano según los estándares internacionales de calidad del agua.

Los hallazgos demuestran el potencial de este sistema de doble función para apoyar la desalinización solar y una producción de hidrógeno más sostenible para su uso en transporte, industria y almacenamiento de energía. (ANI)

(A excepción del titular, esta historia no ha sido editada por el personal de Asianet Newsable English y se publica a partir de una fuente sindicada.)