En la búsqueda de alternativas sostenibles a las fuentes de energía basadas en el carbono, la eficiencia y la escalabilidad de las tecnologías desempeñan un papel crucial. Los avances en catalizadores de doble átomo impulsan las energías renovables, y en particular los sistemas de separación de agua (WWS), ofrecen una solución prometedora. Mediante el uso de DAC, es posible mejorar reacciones importantes como la reducción/evolución de oxígeno y la evolución de hidrógeno. Esto supone un avance significativo en la tecnología de baterías gracias a la eficiencia de los catalizadores de doble átomo para la conversión de energía.
Científicos del Instituto de Bioenergía y Bioprocesos de Qingdao, en China, buscan mejorar el rendimiento de los sistemas de división de agua (WWS) optimizando el diseño de las semirreacciones clave. Estas reacciones incluyen la reducción de oxígeno, la evolución de oxígeno y la evolución de hidrógeno. Se necesitan tecnologías rápidas, eficientes y escalables para encontrar alternativas sostenibles a las fuentes de energía basadas en carbono. Las baterías solares, en forma de sistemas de división de agua (WWS), representan una solución prometedora. Sin embargo, los pasos de reacción complejos y lentos asociados a los WWS actualmente dificultan su adopción generalizada. Los catalizadores de doble átomo mejoran la velocidad y el rendimiento de reacciones importantes. Al actuar como puente entre los catalizadores de átomo único y los de nanopartículas metálicas/de aleación, pueden lograr avances notables en estos procesos.
El autor principal del estudio, Jiang Heqing, afirmó: “Las reacciones de reducción/evolución de oxígeno y de evolución de hidrógeno son las reacciones centrales, que implican procesos de acoplamiento multiprotón-electrón, los cuales son cinéticamente lentos, por lo que es urgente desarrollar materiales electrocatalíticos eficientes, estables y de bajo costo para mejorar su eficiencia de conversión”.
Importancia de los DAC
Los catalizadores de doble átomo (DAC) poseen múltiples átomos metálicos por sitio activo, lo que los hace importantes en la catálisis energética. Presentan una actividad catalítica versátil, un uso eficiente de los átomos y una mejor interacción con los intermediarios de reacción en comparación con los catalizadores de átomo único (SAC). Sin embargo, el uso de SAC en sistemas de conversión de energía reduce significativamente la eficiencia de dicha conversión debido a las elevadas barreras de reacción.
Los átomos metálicos duales en los DAC generan un efecto sinérgico que permite una modulación eficiente de los efectos cooperativos entre los sitios activos duales. Esto, a su vez, conlleva una disminución significativa de las barreras energéticas necesarias para la reacción.
Importancia de los métodos de sinterización
Para ampliar el potencial de los DAC y promover su uso generalizado, es importante profundizar en su mecanismo de síntesis mediante métodos de sinterización a alta temperatura. Esto impulsará sin duda su desarrollo y facilitará su disponibilidad comercial. El proceso de atomización y sinterización busca transformar el cobalto en nanopartículas mediante atomización. Posteriormente, estas se utilizan para crear especies de átomo único (SA) y de doble átomo (DA) mediante sinterización.
La importancia estratégica de esta investigación radica en su capacidad para descubrir diversas aplicaciones de la atomización/sinterización en la creación de otros 21 DAC. Al comprender cómo se forman estos DAC mediante el proceso de atomización/sinterización, se abrirán diversas oportunidades para explorar el aprovechamiento de la energía sostenible. A medida que aumenta el número de DAC, también lo hace el potencial para nuevos avances en este campo.
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Compuesto estable y resultados prometedores
El compuesto de Co2N5 de doble átomo se sometió a pruebas rigurosas en baterías de zinc-aire, y los resultados fueron muy prometedores. La notable estabilidad de estas baterías, con una duración aproximada de 800 horas (alrededor de un mes) , fue realmente excepcional. Además, exhibieron otra característica destacable: la capacidad de disociar agua de forma continua durante aproximadamente 1,000 horas (alrededor de un mes y medio), lo que garantiza un funcionamiento ininterrumpido , incluso en la oscuridad. Estos resultados representan un avance significativo en la tecnología de baterías.
Jiang Heqing afirmó: “El trabajo en DACs continúa. Esta estrategia universal y escalable ofrece oportunidades para el diseño controlado de catalizadores de doble átomo multifuncionales eficientes en tecnologías de conversión de energía”.
Los avances en catalizadores de doble átomo impulsan las energías renovables, pero aún se pueden realizar mejoras para optimizar las capacidades de los catalizadores bimetálicos. También resulta útil evaluar su rendimiento en diversas condiciones, como bajas temperaturas o agua de mar, para identificar posibles obstáculos que puedan dificultar su uso a gran escala o comercial.
