Lunes, 05 de Septiembre de 2016 08:56

Material de carbono facilita la separaci�n de los �tomos del agua

Antonio Mart�n
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Separaci�n en hidr�geno y ox�geno de las mol�culas de agua mediante un proceso electrol�tico Separaci�n en hidr�geno y ox�geno de las mol�culas de agua mediante un proceso electrol�tico Rafael Luque

La UCO y la Academia China de las Ciencias han creado el primer compuesto no met�lico �til para obtener hidr�geno como fuente alternativa de energ�a a partir de la descomposici�n electrocatal�tica del agua

El hidr�geno es una prometedora fuente de energ�a, pero su obtenci�n no es sencilla. Y eso que en la naturaleza existe una fuente accesible: el agua. Cada mol�cula est� formada por dos �tomos de hidr�geno y uno de ox�geno. Separarlos para aprovechar el hidr�geno es todav�a una tarea compleja. En los �ltimos veinte a�os, se han ensayado catalizadores con metales como el platino que, en condiciones de laboratorio, han permitido separar los dos componentes, pero es un procedimiento costoso y, en muchas ocasiones, complejo y poco benigno con el medio ambiente. Ahora, la Universidad de C�rdoba (UCO) y la Academia China de las Ciencias han logrado el primer material no met�lico muy prometedor que puede facilitar la ruptura de las mol�culas de agua y ayudar tanto al bolsillo como al medio ambiente.

�Separar los �tomos de hidr�geno y de ox�geno siempre fue un sue�o cient�fico, aunque por ahora los logros en este campo se han conseguido en su mayor�a a escala de laboratorio�, reconoce Rafael Luque, responsable de la investigaci�n. Luque pertenece al equipo de investigaci�n FQM-383 del Departamento de Qu�mica Org�nica de la UCO que dirige Antonio �ngel Romero y es profesor visitante de la Academia China de las Ciencias desde 2014. Debido a esta doble faceta, ha sido posible poner en contacto ambas instituciones en proyectos para la obtenci�n de nuevos catalizadores para segregar el hidr�geno del ox�geno en las mol�culas del agua.

El material empleado en el experimento es un simple grafito poroso obtenido mediante polimerizaci�n/carbonizaci�n. En una escala nanom�trica (la milmillon�sima parte de un metro, el grosor de un cabello humano equivale a unos 80.000 nan�metros) el material se suplement� con ox�geno, nitr�geno y f�sforo para facilitar la cat�lisis. Esta a�adidura se denomina en t�rminos cient�ficos dopaje. Posteriormente, el nuevo nanomaterial se coloc� sobre una l�mina de carbono comercial oxidada y utiliz� como electrodo 3D para el proceso de escisi�n del agua.

En un extremo se situ� este electrodo dopado. En el otro, uno inerte. En el proceso electrocatal�tico, el material de carbono permite separar el agua (H2O) en sus elementos, hidr�geno (H2) y ox�geno (O2). �El procedimiento es bastante sencillo, los materiales son accesibles y el equipamiento del laboratorio es convencional�, indica Luque, que considera que la obtenci�n del nuevo electrodo abre la puerta a algunas aplicaciones interesantes. Los resultados de este trabajo se han publicado como portada en el n�mero de abril de 2016 de la revista Energy & Environmental Science.

Agua dura
Uno de los usos futuros que pueden lograrse de esta investigaci�n est� en el tratamiento de aguas para el consumo humano. En todo el arco mediterr�neo peninsular ib�rico, el agua est� considerada como dura. Es as� porque en la escala de pH, es ligeramente b�sica (pH> 7), y est� relacionada con la presencia de sales de Ca2+ y Mg2+. En grifos y electrodom�sticos como lavadoras o lavavajillas, suelen darse problemas de acumulaci�n progresiva que puede dar lugar a obstrucciones por formaci�n de dep�sitos de dichas sales. �Encontramos que el electrodo experimental es m�s estable que el usado de manera convencional (Pt/C) en aguas duras, lo que puede ayudar en un futuro tratamiento de aguas duras de tipo residual para abastecimiento de diferentes n�cleos de poblaci�n�, indica Luque. En aguas blandas, sin embargo, el electrodo basado en carbono tuvo un comportamiento semejante a los existentes.

No obstante, el aprovechamiento m�s interesante puede ser energ�tico. La pila de hidr�geno puede suponer una alternativa tanto para los combustibles f�siles como para los sistemas el�ctricos empleados, por ejemplo, en veh�culos. En un caso, al ser un material no contaminante. En el otro, por proporcionar mayor autonom�a. Adem�s, el uso de metales como el platino como electrodos son alternativas caras y poco eficientes desde el punto de vista ambiental. �Si logramos aprovechar el agua residual como materia prima para obtener hidr�geno que abastezca estas bater�as, ser�a un gran avance�, establece el investigador.

En el trabajo colaborativo, el trabajo de desarrollo de la idea e interpretaci�n de los datos corri� a cargo de la Universidad de C�rdoba, mientras que la sucursal de qu�mica aplicada de la Academia China de las Ciencias en Changchun (norte del pa�s) proporcion� los materiales y los recursos humanos.

Jianping Lai, Supong Li, Fengxia Wu, Muhammad Saqib, Rafael Luque and Guobao Xu. �Unprecedented metal-free 3D porous carbonaceous electrodes for full water splitting�. Energy Environ. Sci., 2016,9, 1210-1214, DOI: 10.1039/C5EE02996A