Catalizador de electrólisis del agua

Un catalizador de electrólisis del agua es una sustancia que puede acelerar la velocidad de reacción del agua de electrólisis y reducir la energía necesaria para la reacción. A continuación, se muestran algunos catalizadores de electrólisis del agua comunes:

1. Catalizador de metales preciosos:

• Platino (Pt): es el catalizador de reacción de evolución de hidrógeno (HER) más utilizado. Tiene una actividad y estabilidad catalíticas muy altas. Puede reducir significativamente el sobrepotencial de generación de hidrógeno, lo que permite que la electrólisis del agua se realice de manera eficiente a un voltaje más bajo. Sin embargo, el platino es caro, lo que limita su aplicación generalizada en la producción industrial a gran escala.
• Rutenio (Ru) e iridio (Ir): a menudo se utilizan como catalizadores para la reacción de evolución de oxígeno (OER). En condiciones ácidas, los óxidos de Ru e Ir tienen buenas propiedades catalíticas y pueden promover eficazmente la división del agua para producir oxígeno. Sin embargo, también enfrentan el problema de los costos más altos.

2. Catalizadores de metales no nobles:

• Óxidos de metales de transición: como el dióxido de manganeso (MnO₂), óxido de hierro (Fe₂O₃), óxido de cobalto (Co₃O₄), etc. Estos óxidos tienen estados de oxidación ricos y estructuras electrónicas variables, que pueden proporcionar múltiples sitios activos y promover reacciones de división del agua. Entre ellos, el dióxido de manganeso muestra una buena actividad catalítica OER en condiciones alcalinas, tiene un costo relativamente bajo y tiene ciertas perspectivas de aplicación.
• Sulfuros de metales de transición: como el disulfuro de molibdeno (MoS₂), el disulfuro de tungsteno (WS₂), etc. Este tipo de material tiene una estructura en capas similar y las interacciones débiles entre capas hacen que tenga mejores propiedades de transporte de electrones en reacciones catalíticas. El disulfuro de molibdeno tiene cierta actividad catalítica en la reacción HER, y su rendimiento catalítico se puede mejorar aún más mediante la regulación estructural y la modificación de la superficie.
• Fosfuros de metales de transición: como el fosfuro de níquel (Ni₂P), el fosfuro de cobalto (CoP), etc. Los fosfuros de metales de transición tienen una alta conductividad y una buena actividad catalítica, y muestran buenas propiedades catalíticas HER y OER en sistemas de agua de electrólisis alcalina. A través de métodos de diseño y preparación razonables, su morfología y estructura se pueden controlar y su eficiencia catalítica se puede mejorar.
• Catalizador de aleación amorfa: en comparación con las aleaciones cristalinas, las aleaciones amorfas tienen propiedades estructurales y electrónicas únicas, como mayor energía superficial, más sitios activos y mejor resistencia a la corrosión. Por ejemplo, la aleación amorfa de níquel-boro (Ni-B) tiene una buena actividad catalítica en la reacción de electrólisis del agua.

3. Catalizador compuesto:

• Catalizador compuesto de óxido de metal-metal: la combinación de metales preciosos con óxidos de metales de transición para formar catalizadores compuestos puede dar rienda suelta a la alta actividad catalítica de los metales preciosos y las ventajas de bajo costo de los óxidos de metales de transición. Por ejemplo, la carga de nanopartículas de platino sobre dióxido de titanio (TiO₂) puede mejorar la estabilidad y la eficiencia catalítica del catalizador.
• Catalizador compuesto a base de carbono: materiales de carbono compuestos (como grafeno, nanotubos de carbono, etc.) con metales de transición o sus compuestos para preparar catalizadores compuestos a base de carbono. Los materiales de carbono tienen buena conductividad eléctrica y una gran área de superficie específica, lo que puede mejorar el rendimiento del transporte de electrones del catalizador y la exposición de los sitios activos. Por ejemplo, las nanopartículas de cobalto soportadas sobre grafeno dopado con nitrógeno se pueden utilizar para una catálisis eficiente de la electrólisis del agua.

4. Catalizadores bifuncionales: los catalizadores que pueden catalizar las reacciones HER y OER al mismo tiempo se denominan catalizadores bifuncionales. El desarrollo de catalizadores bifuncionales eficientes es de gran importancia para simplificar los dispositivos de electrólisis del agua y reducir los costos. Por ejemplo, algunos hidróxidos dobles en capas (LDH) a base de metales de transición muestran un buen rendimiento catalítico bifuncional en determinadas condiciones.

La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es el método más ventajoso para producir hidrógeno. Los sistemas de recubrimiento ultrasónico son ideales para rociar tintas catalizadoras a base de carbono sobre membranas electrolíticas utilizadas para la generación de hidrógeno. Esta tecnología puede mejorar la estabilidad y la eficiencia de conversión del diafragma en el dispositivo de producción de hidrógeno mediante agua electrolítica. Cheersonic tiene una amplia experiencia en el recubrimiento de electrolizadores de membrana de intercambio de protones, lo que permite crear recubrimientos uniformes y efectivos para aplicaciones de electrólisis.

Los sistemas de recubrimiento ultrasónico de Cheersonic se utilizan en diversas aplicaciones de recubrimiento por electrólisis. La alta uniformidad de las capas de catalizador y la dispersión uniforme de las partículas suspendidas dan como resultado recubrimientos de electrolizadores de muy alta eficiencia, ya sea de una o dos caras.

Acerca de Cheersonic

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