Catalizadores bifuncionales tipo-espuma para hidrógeno verde (H2) como combustible alternativo: Estudio mecanístico y electrocinético.

La transición energética mediante vectores energéticos no convencionales, tales como, el hidrógeno (H2) verde, representa la principal estrategia de mitigación de cambio climático. Sin embargo, la producción de estas fuentes de energía y su implementación en la matriz energética se encuentra limitada por diversos factores técnicos o de viabilidad. Por ejemplo, los electrolizadores alcalinos de H2 registran bajas eficiencias de operación (c.a., 40 - 60%), y el uso de metales nobles (por ej., Pt, Ir, o Ru) para promover la electrólisis alcalina del agua (EAA). En este sentido, el diseño de sistemas electrocatalíticos tipo-espuma con un comportamiento bifuncional permitirá reducir la demanda energética y acelerar la electrocinética de reducción de agua en la producción de H2 verde. Considerando un enfoque cuantitativo, un alcance explicativo y un diseño experimental se propone evaluar los factores termodinámicos y cinéticos asociados a la EAA. El objetivo general del estudio es el desarrollar y estudiar el comportamiento catalítico de sistemas electroactivos bifuncionales tipo-espuma a base de metales transición (Ni, Mo, Fe y Co) sobre la producción de H2 verde a partir de la reducción de agua en un electrolizador alcalino. Los objetivos específicos serán: (i) Preparar arreglos nano-estructurados a base de mono o polimetálicos de transición soportados en matrices tipo-espuma mediante las técnicas de nucleación heterogénea y de electrodeposición. (ii) Describir y analizar las propiedades fisicoquímicas de los arreglos nano-estructurados soportados en matrices metálicas tipo-espuma. (iii) Evaluar y analizar las propiedades electroquímicas de los sistemas nano-estructurados obtenidos como sistemas electródicos para la producción de H2 verde, a través de técnicas convencionales. (iv) Analizar y revelar el mecanismo químico y la electrocinética de los sistemas electródicos durante el proceso electrólisis alcalina del agua mediante técnicas no convencionales in-situ, tales como, la espectrometría DEMS, y Raman electroquímico. Y (v) evaluar la estabilidad catalítica, mecánica y la resistencia a la corrosión de los materiales en estudio durante el proceso de generación de H2 en un electrolizador PEM. Por ende, los resultados esperados son estandarizar un procedimiento de síntesis para la obtención de catalizadores no-nobles altamente activos a la EAA, la publicación de dos artículos de investigación indexados, una ponencia internacional y la redacción de dos tesis de posgrado. Entre los principales impactos del proyecto de investigación se resalta el potenciar el desarrollo e implementación de técnicas espectro-electroquímicas en el país, promover el desarrollo de técnicas de generación de vectores energéticos sostenibles, como el hidrógeno verde, y competitivos al uso de combustibles fósiles, e impulsar la implementación de una de las principales pilares de economía verde alineada a los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) de la Agenda 2030.