El catalitzador ‘trenca’ les molècules d’aigua amb voltatges molt petits i sense usar metalls cars com l’iridi

L’electròlisi –obtenir hidrogen i oxigen de l’aigua utilitzant electricitat– és la manera més neta d’obtenir hidrogen, un combustible renovable. Investigadors de la URV i l’ICIQ, liderats per José Ramón Galán, han dissenyat un nou catalitzador sostenible que disminueix els costos de producció d’hidrogen per electròlisi. Els catalitzadors redueixen la quantitat d’energia necessària per trencar els enllaços químics de l’aigua. A més, acceleren la reacció i en minimitzen la despesa.

“Normalment, l’hidrogen s’obté del reformat del gas natural, que és molt més barat. Però aquest hidrogen no és net, el procés genera diòxid de carboni i altres gasos contaminants” explica Galán. “Trencar la molècula d’aigua sí que és una alternativa neta, però no és senzill de fer. Necessitem desenvolupar nous catalitzadors barats i eficients que ens permetin obtenir hidrogen net a preus competitius,” afegeix. Fins ara, els millors catalitzadors estan basats en òxids d’iridi, un metall preciós, escàs i molt car.

Els químics de la URV i l’ICIQ han descobert un compost de cobalt i wolframi –tècnicament, un polioxometalat– que és capaç de catalitzar l’electròlisi de l’aigua millor que l’iridi. “Els polioxometalats són òxids nanomètrics moleculars que combinen el millor de dos mons, la gran activitat dels òxids i la versatilitat de les molècules,” explica Marta Blasco, investigadora post-doctoral de l’ICIQ i primera autora del treball que s’ha publicat a Nature Chemistry. “Els nostres polioxometalats són molt més barats que l’iridi i ens permeten treballar en medi àcid que, encara que és el mitjà òptim per generar hidrogen, sol provocar corrosió en la majoria de catalitzadors,” conclou.

Joaquín Soriano, coautor del treball, explica que “els nostres catalitzadors funcionen especialment bé quan treballem a voltatges baixos.” “Això no és un inconvenient -matisa Soriano- més aviat al contrari, estalvia electricitat i ens permetrà, en el futur, obtenir l’energia necessària per a ‘trencar’ l’aigua de fonts renovables com els panells solars.”

A més, els investigadors presenten en aquest treball un descobriment addicional. Suportant els catalitzadors en un material parcialment hidrofòbic -que repel·leix l’aigua- es millora l’eficiència del procés. Es genera així un reactor ‘impermeable’ on la reacció d’electròlisi transcorre molt més ràpid, i permet al mateix temps allargar la vida dels catalitzadors. Això no només funciona amb els nous polioxometalats de cobalt i wolframi, sinó també amb molts altres sistemes. Actualment, s’estan investigant noves formes d’explotar aquesta troballa, tot desenvolupant nous suports hidrofòbics per millorar encara més l’eficiència de l’electròlisi de l’aigua, un pas fonamental per al desenvolupament de la fotosíntesi artificial.

Referència bibliogràfica: M. Blasco-Ahicart, J. Soriano-López, J.J. Carbó, J.M. Poblet, J.R. Galán-Mascarós. “Polyoxometalate electrocatalysis based on earth-abundant metals for efficient water oxidation in acidic media.” Nature Chemistry, 2017. DOI: 10.1038/nchem.2874.