Mejora Plasmónica en un Catalizador CuNi Abundante en la Tierra para la Reacción de Evolución de Hidrógeno Alcalino

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Fotocatálisis

Sus antecedentes:

• La generación de hidrógeno mediante electrólisis del agua es clave para la energía sostenible.
• La lenta cinética de la reacción de evolución de hidrógeno (REH) limita los catalizadores abundantes en la tierra.
• El platino sigue siendo el punto de referencia, pero el costo y la escasez son problemas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador electroquímico libre de metales nobles para la generación eficiente de hidrógeno.
• Aprovechar la luz visible para mejorar la cinética de la REH.
• Investigar un novedoso material de cobre-níquel (CuNi) para fotoelectroquímica.

Principales métodos:

• Fabricación de un catalizador electroquímico CuNi con interfaz optimizada.
• Caracterización de las propiedades plasmónicas y la actividad catalítica bajo luz visible.
• Mediciones electroquímicas que incluyen la determinación del sobrepotencial y la eficiencia.
• Estudios mecanísticos que involucran la inyección de electrones calientes y los efectos fototérmicos.

Principales resultados:

• El catalizador CuNi exhibe una fuerte absorción plasmónica visible cerca de 625 nm.
• Bajo iluminación, el catalizador logró un sobrepotencial de 47 mV a -10 mA cm⁻², superando al platino.
• La eficiencia se duplicó bajo iluminación en comparación con la operación en oscuridad.
• Se observó evidencia de inyección de electrones calientes y mejora fototérmica del transporte de masa.

Conclusiones:

• El catalizador CuNi desarrollado es el primer catalizador de REH impulsado por luz visible que supera al platino utilizando un diseño libre de metales nobles.
• La excitación de plásmonos en CuNi impulsa un régimen catalítico único impulsado por la luz.
• Este trabajo presenta una estrategia escalable para la producción sostenible de hidrógeno fotoelectrocatalítico.