El óxido de grafeno reducido (GO), es un andamiaje poroso, tridimensional y conductor de electricidad
En su investigación sobre la ingeniería del tejido óseo, la Dra. Marta Cerruti ha trabajado durante años con grafeno, una hoja única de átomos de carbono con propiedades increíbles: conductividad eléctrica y la capacidad de soportar un peso tremendo. Ahora, su búsqueda por mejorar sus cualidades ha abierto la puerta a una posible solución a uno de los retos de producir hidrógeno a partir de agua de mar.
Cerruti, profesora de ingeniería de materiales en la Universidad McGill, explicó que si bien el grafeno es estructuralmente sólido, "una hoja de átomos no es algo con lo que se pueda trabajar fácilmente". De hecho, amontonar las hojas da como resultado, básicamente, la mina de un lápiz.
Buscando una manera de hacer una estructura fácil de manejar, el estudiante de doctorado de Cerruti, Yiwen Chen, combinó grafeno con oxígeno en una suspensión con agua para crear óxido de grafeno reducido (GO), un andamiaje poroso, tridimensional y conductor de electricidad. Cerruti sugirió una modificación adicional, con hojuelas del GO apiladas en las paredes de los poros, "lo que nos permitió explotar otra propiedad interesante del GO: crea una membrana que permite el paso del agua pero no de otras moléculas".
Cuando solicitó a su equipo sugerencias sobre la mejor manera de probar el nuevo andamio, Gabriele Capilli, becaria postdoctoral en su laboratorio, sugirió la electrólisis de agua de mar, un proceso similar a otros en los que trabajó mientras hacía su doctorado. Resulta que el nuevo "andamiaje selectivo" del GO tiene el potencial de mejorar el proceso de producción de hidrógeno desde el océano.
En la electrólisis convencional, los iones de cloruro en el agua de mar penetran en el electrodo e interactúan con el catalizador, creando iones de hipoclorito, un subproducto no deseado que emponzoña el catalizador, explicó Cerruti. Usando imágenes de contraste de fase de rayos X en Canadian Light Source en la Universidad de Saskatchewan, Chen confirmó que el andamiaje del GO tenía la estructura correcta, con poros del GO cerrados que encierran nanopartículas de óxido de cobalto como catalizador.
"Vimos lo que queríamos ver". Las pruebas electroquímicas realizadas en el laboratorio del colaborador Thomas Szkopek (ingeniería eléctrica, McGill) confirmaron que el andamiaje funcionó como se esperaba para bloquear los iones no deseados.
"La gente ha intentado varias cosas para evitar la entrada de cloruro, pero nadie pensó en la idea de que al usar GO, el electrodo en sí, toda su arquitectura, podría prevenir la oxidación del cloruro que produce hipocloritos".
El próximo desafío, dijo, será escalar para producir en masa la membrana del GO. Pero cuando eso se resuelva, "hay muchas posibilidades. Esto podría usarse para otras reacciones en las que no desea la interferencia de ciertas moléculas. Todo dependerá de su imaginación".
Los hallazgos del equipo se publicaron recientemente en la revista ACS Nano: Selective Catalytic Electro-Oxidation of Water with Cobalt Oxide in Ion Impermeable Reduced Graphene Oxide Porous Electrodes
