El estudio, publicado en la revista Science, presenta un catalizador de clústeres de platino diseñado con precisión a nivel atómico, que permite a los investigadores reducir el uso de platino a una décima parte del empleado en catalizadores comerciales existentes, mientras mejora tanto la producción de hidrógeno como la durabilidad del catalizador, según el Ministerio de Ciencia y TIC de Corea del Sur.

El equipo internacional fue liderado por Park Jung-won, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad Nacional de Seúl, junto con los profesores Thomas F. Jaramillo y Matteo Cargnello de la Universidad de Stanford.

El hidrógeno es ampliamente considerado como una fuente de energía limpia clave en la transición global hacia la neutralidad de carbono, pero el alto costo de los catalizadores basados en platino ha permanecido como un obstáculo importante para la adopción a gran escala, según los investigadores.

Los investigadores desarrollaron una nueva estrategia de síntesis que elimina los ligandos que rodean los átomos de platino y une directamente los átomos a un material de soporte, creando clústeres de platino altamente estables que miden aproximadamente 1 nanómetro, o aproximadamente una cienmilésima parte del grosor de un cabello humano, según el estudio.

El catalizador fue diseñado para la tecnología de portadores orgánicos líquidos de hidrógeno, que almacena y transporta hidrógeno en forma líquida y es considerada más segura y económica que los sistemas de gas de alta presión o hidrógeno licuado, según los investigadores.

El equipo también identificó por primera vez que los clústeres de platino de tamaño casi idéntico pueden contener entre 13 y 31 átomos, demostrando que el número de átomos, no simplemente el tamaño de las partículas, es un factor decisivo en el rendimiento de producción de hidrógeno y la durabilidad del catalizador, según el estudio publicado en Science.

Los investigadores indicaron que el catalizador ya puede producirse en lotes de laboratorio de varias decenas de gramos a través de un solo proceso, lo que sugiere relativamente pocas barreras para la fabricación a escala industrial.

"Esta investigación va más allá de optimizar el tamaño del catalizador y demuestra que el control atómico preciso puede maximizar el rendimiento de producción de hidrógeno", dijo Park Jung-won.

La reducción del uso de platino a una décima parte representa un avance significativo en la viabilidad económica de la producción de hidrógeno limpio, dado que el platino es uno de los metales más costosos utilizados en catalizadores industriales. La tecnología de portadores orgánicos líquidos de hidrógeno, para la cual fue diseñado este catalizador, permite el almacenamiento y transporte de hidrógeno a temperatura y presión ambiente, eliminando los riesgos y costos asociados con el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión.

El descubrimiento de que el número específico de átomos en los clústeres de platino determina el rendimiento del catalizador abre nuevas vías para el diseño de catalizadores con propiedades optimizadas. Esta comprensión a nivel atómico permite a los científicos diseñar catalizadores con especificaciones exactas en lugar de depender de aproximaciones basadas únicamente en el tamaño de las partículas.

La capacidad de producir el catalizador en cantidades de varias decenas de gramos en laboratorio mediante un proceso único sugiere que la tecnología podría escalarse a producción industrial sin requerir modificaciones fundamentales en el método de síntesis, lo que reduce el tiempo y los costos típicamente asociados con la comercialización de nuevas tecnologías de catalizadores.

El desarrollo se produce en un momento en que gobiernos y empresas de todo el mundo están invirtiendo fuertemente en infraestructura de hidrógeno como parte de estrategias para reducir las emisiones de carbono y alcanzar objetivos de neutralidad climática. La reducción de costos en la producción de hidrógeno es considerada esencial para que esta fuente de energía pueda competir económicamente con los combustibles fósiles y otras alternativas energéticas.