Controlant la generació i emmagatzematge d’hidrogen a l’òxid de grafè

Una de les alternatives més prometedores als combustibles fòssils és l'hidrogen generat a partir de la divisió electroquímica o fotoquímica de l'aigua. Existeix, des de fa un temps, un interès creixent per l'ús i aprofitament de l'hidrogen gas en la indústria. Però la falta d'un sistema eficient d'emmagatzematge i distribució, així com el fet que la majoria de les vegades es genera aquest hidrogen a partir de combustibles fòssils, limita l'adopció generalitzada d'aquesta tecnologia.

L'òxid de grafè és un compost format per carboni, oxigen i hidrogen, i constitueix una de les millors alternatives per a produir materials derivats del grafè. Conté unes molècules conegudes com a grups funcionals d'oxigen que es poden eliminar per obtenir òxid de grafè reduït, un material amb propietats intermèdies entre l'òxid de grafè i el grafè. Estudis previs ja han demostrat que l'addició i l'alliberament de l'hidrogen a l'òxid de grafè és possible, i que dividir l'aigua a la seva superfície i unir-li directament les molècules d'hidrogen és una solució potencialment viable per emmagatzemar H2 de manera eficient.

En un article publicat recentment a la revista Carbon, investigadors del projecte europeu LESGO han determinat el punt de partida de la reducció electroquímica i l'emmagatzematge d'hidrogen en diferents electròlits, que són substàncies que en dissoldre's a l'aigua es dissocien en unes partícules amb càrrega elèctrica anomenades ions. A més, els investigadors descriuen la influència de diversos paràmetres utilitzant l'espectroscòpia Raman in situ, una tècnica d'anàlisi químic que proporciona informació detallada sobre les característiques químiques d'un sistema molecular, com l'estructura, la fase i el polimorfisme, la cristal·linitat o les interaccions moleculars.

El equipo que ha llevado a cabo el estudio está formado por los investigadores del ICFO Adrián Pinilla-Sánchez, Sidney M. Palardonio, Jordi Martorell y Carles Ros, junto con Sebastián Murcia-López y Nina M. Carretero del IREC y los miembros del ICN2 Emigdio Chávez-Angel, Peng Xiao, Daniel Rueda-García, Clivia M. Sotomayor Torres and Pedro Gómez-Romero.

Emmagatzemant hidrogen en òxid de grafè

Els investigadors van aplicar un potencial reductor, que anava augmentant gradualment, sobre els nano-flocs d'òxid de grafè. Alhora, van estimular els flocs amb un làser i van rastrejar els espectres que anaven emetent. El senyal els va permetre observar la tipologia i el nombre de defectes que hi havia a l'estructura del carboni, els grups funcionals d'oxigen que hi havia units i els llocs d'emmagatzematge d'hidrogen quant a la unió de protons al grafè. Una de les coses que van trobar va ser que, quan variaven el potencial electroquímic aplicat, la quantitat d'hidrogen emmagatzemat era més gran.

A més de trobar una manera d'augmentar la quantitat d'hidrògens enllaçats, l'equip va poder rastrejar i controlar el punt d'inici de la fase d'emmagatzematge d'hidrogen, minimitzant l'energia necessària per emmagatzemar-lo.

Els resultats de l'estudi determinen el potencial elèctric necessari per emmagatzemar hidrogen electroquímicament en diferents electròlits, cosa que permet un millor control del procés en els sistemes basats en òxid de grafè. Un pas més de futur en aquesta investigació seria millorar la tecnologia per fabricar grafè ric en hidrogen, en quantitats més grans i en condicions de cel·la electroquímica de flux.

Article citat: A. Pinilla-Sánchez, E. Chávez-Angel, S. Murcia-López, N.M. Carretero, S.M. Palardonio, P. Xiao, D. Rueda-García, C.M. Sotomayor Torres, P. Gómez-Romero, J. Martorell, C. Ros. Controlling the electrochemical hydrogen generation and storage in graphene oxide by in-situ Raman spectroscopy. Carbon, Volum 200, 2022. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.08.055.