La electrólisis del agua, conocida también como water splitting, es un proceso electroquímico mediante el cual el agua se descompone para producir hidrógeno y oxígeno utilizando energía eléctrica. Esta tecnología constituye una alternativa prometedora para la obtención de hidrógeno verde, especialmente cuando la electricidad proviene de fuentes renovables, como la energía solar o eólica.
Una celda de electrólisis está compuesta por dos electrodos separados por un electrolito. En el cátodo ocurre la reacción de evolución de hidrógeno, mientras que en el ánodo tiene lugar la reacción de evolución de oxígeno. Esta última reacción es más lenta y requiere una cantidad considerable de energía, por lo que el desarrollo de materiales electrocatalíticos eficientes es fundamental para mejorar el desempeño del proceso.
Entre los materiales más estudiados para la reacción de evolución de oxígeno se encuentran los óxidos de níquel, manganeso y rutenio. Los óxidos de níquel presentan buena actividad catalítica y estabilidad en medios alcalinos. Además, su desempeño puede mejorarse mediante la incorporación de otros elementos, la modificación de su estructura y el control de su estado de oxidación.
Los óxidos de níquel y de manganeso son materiales abundantes, de bajo costo y con una química redox muy versátil. Sus propiedades electroquímicas dependen de factores como la fase cristalina, la morfología, la porosidad y la proporción de los diferentes estados de oxidación del manganeso. Por esta razón, resulta de interés estudiar diferentes métodos de síntesis y su influencia sobre la actividad catalítica.
Por su parte, los óxidos de rutenio se caracterizan por su elevada actividad para la evolución de oxígeno y pueden operar tanto en medios ácidos como alcalinos. Sin embargo, el alto costo y la limitada disponibilidad del rutenio hacen necesario desarrollar estrategias que reduzcan la cantidad utilizada, mejoren su estabilidad y permitan combinarlo con metales más abundantes, como el níquel y el manganeso.
En nuestro grupo investigamos materiales basados en óxidos de Ni, Mn y Ru como electrocatalizadores para la electrólisis del agua. Llevamos a cabo la síntesis de los materiales, caracterizamos su composición, estructura y morfología, y evaluamos su actividad electroquímica, eficiencia y estabilidad durante la producción de oxígeno e hidrógeno.
También estudiamos la preparación de óxidos mixtos, materiales dopados y estructuras soportadas sobre sustratos conductores. Mediante estas estrategias buscamos comprender la relación entre el método de síntesis, las propiedades fisicoquímicas del material y su desempeño electrocatalítico, con el propósito de desarrollar electrodos más eficientes, estables y sostenibles para la producción de hidrógeno verde.
