Investigation of molybdenum carbides as catalyst for hydrogen evolution in PH universal environment using density functional theory simulation

Investigación de carburos de molibdeno como catalizador para la evolución de hidrógeno en entorno PH universal mediante simulación de teoría funcional de la densidad.

Los carburos de metales de transición (TMC) presentan propiedades físicas y químicas fascinantes, sobre todo cuando se estructuran a nanoescala. La resistencia química y térmica de esta familia de materiales los convierte en candidatos ideales para aplicaciones electroquímicas en entornos hostiles. Entre los materiales de esta familia, el carburo de molibdeno ha demostrado ser un catalizador eficaz para las reacciones de evolución del hidrógeno (HER). En este artículo se utiliza la teoría de la función de densidad para investigar la eficacia del carburo de molibdeno y de wolframio como catalizadores de las reacciones de evolución del hidrógeno en entornos neutros y alcalinos.

INTRODUCCIÓN

Los carburos de metales de transición refractarios (WC, MoC, TaC, HfC, ZrC, etc.) presentan propiedades mecánicas fuertes y excepcionales, como alta temperatura de fusión [1], alta resistencia, gran dureza y resistencia al desgaste, y se convierten en candidatos ideales para estructuras y dispositivos que trabajan en entornos hostiles, como motores aeroespaciales y toberas de residuos [2,3]. Entre todos los carburos de metales de transición refractarios, el carburo de molibdeno también ha sido ampliamente estudiado recientemente por sus excepcionales actividades catalíticas en sus nano/microarquitecturas [4]. La combustión limpia del hidrógeno ha presentado una alternativa atractiva al uso de combustibles fósiles. En los últimos años se ha avanzado considerablemente en la tecnología de las pilas de combustible de hidrógeno y en el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido [1]. La evolución electrocatalítica del hidrógeno mediante electricidad producida de forma sostenible ha prometido una producción libre de carbono de un combustible químico [1]. [1] Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno comercial se sigue produciendo mediante el reformado al vapor del metano, ya que hay pocos metales base escalables que puedan sustituir al platino a las escalas necesarias para la electrocatálisis. Los carburos de metales de transición nanoestructurados (Mo₂C, WC, etc.) han demostrado su excelencia catalítica para las reacciones de evolución del hidrógeno (HER) en ambientes ácidos. En este trabajo, se investigará sistemáticamente la eficiencia de HER en medios neutros y alcanos mediante métodos de simulación [1].

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La reacción de evolución del hidrógeno (HER) en medio alcalino es actualmente un punto de interés para el desarrollo sostenible del hidrógeno como combustible limpio alternativo para varios sistemas energéticos, pero sufre de una cinética de reacción lenta debido al paso adicional de disociación del agua.