A produción de hidróxeno mediante electrólise da auga é unha pedra angular da transición enerxética, pero depende de catalizadores eficientes e estables en condicións ácidas, tradicionalmente baseados en metais preciosos como o iridio e o platino. Un equipo do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela (USC) liderado pola investigadora María Giménez-López vén de lograr un avance fundamental cara a alternativas baseadas en elementos abundantes. O seu traballo, publicado na prestixiosa revista Advanced Materials, demostra que un mesmo composto molecular pode actuar como un “interruptor” catalítico, elixindo entre producir osíxeno ou hidróxeno.
O núcleo do descubrimento é un material híbrido que combina un clúster de vanadio (un polioxometalato) con nanotubos de carbono. “O ‘interruptor’ non está no clúster metálico en se, senón en como os catións orgánicos que o acompañan están dispostos”, explica Giménez-López. “Cando o material se mestura fisicamente cos nanotubos, estes catións (chamados TRIS⁺) quedan bloqueados na estrutura cristalina. Isto dirixe a reacción cara a produción de osíxeno mediante un mecanismo especial de oxidación. Non obstante, cando deixamos que se ensamble de maneira dirixida, os mesmos catións TRIS⁺ se liberan, se orientan cara á superficie e actúan como unha ‘esponxa de protóns’. Este simple cambio na arquitectura molecular converte o sistema nun catalizador excepcional para producir hidróxeno“.
A creación dun novo paradigma
A nivel molecular, o clúster de vanadio actúa como un reservorio electrónico estable e reversible en ambos os casos. A función final (osíxeno ou hidróxeno) decídena os catións TRIS⁺, que modulan o microentorno electroquímico local dependendo da súa accesibilidade. Se están bloqueados, promoven a activación da auga para liberar osíxeno. Se están libres e expostos, capturan protóns e facilitan a súa redución a hidróxeno. Por tanto, o cambio de función non se debe a alterar a composición química, senón a controlar a arquitectura supramolecular do ensamblaxe.
Os datos electroquímicos apoian este interruptor molecular. Na súa configuración para osíxeno, o material rivaliza co iridio comercial; e para hidróxeno, a súa eficiencia achégase á do platino, o estándar de referencia. Este traballo enmárcase na liña de investigación do grupo da doutora Giménez-López no CiQUS, centrado no deseño de novos materiais para o almacenamento e conversión de enerxía, onde o uso controlado de nanotubos de carbono como soportes intelixentes xoga un papel crucial.
“A investigación establece que o interruptor catalítico é topolóxico e microambiental, non composicional”, salienta a investigadora. O estudo non só presenta un candidato prometedor para electrolizadores máis sostibles, senón que propón un novo paradigma: a posibilidade de programar a reactividade de catalizadores moleculares mediante o control do seu ensamblaxe, abrindo un camiño racional para deseñar materiais multifuncionais, duradeiros e baseados en elementos abundantes.
O traballo contou coa colaboración de persoal investigador do CICECO (Universidade de Aveiro), e levouse a cabo no CiQUS, centro que recibe apoio financeiro da Unión Europea a través do Programa Galicia FEDER 2021-2027 e que conta co recoñecemento CIGUS da Xunta de Galicia.
Referencia: POM-Based Water Splitting Catalyst Under Acid Conditions Driven by Its Assembly on Carbon Nanotubes (Publicado Advanced Materials)
