Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Gyeongsang ha desarrollado un catalizador de rutenio@carbono fabricado con láser pulsado que mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno asistida por hidracina. Publicado en eScience en septiembre de 2025, el estudio demuestra cómo el catalizador optimizado Ru@C-200 logra sobrepotenciales ultrabajos tanto para la evolución de hidrógeno como para la oxidación de hidracina, permitiendo grandes rendimientos de hidrógeno a voltajes excepcionalmente bajos mientras degrada simultáneamente la hidracina tóxica.
Los investigadores sintetizaron el material rutenio@carbono utilizando una estrategia de ablación por láser pulsado en líquido que produjo nanosesferas de Ru uniformes encapsuladas dentro de capas de carbono grafítico. Entre todas las muestras, Ru@C-200 mostró el equilibrio más favorable de conductividad, estabilidad estructural e interfaces metal-carbono acopladas electrónicamente. Este diseño optimizado permitió un bajo sobrepotencial de 48 mV para la evolución de hidrógeno y solo 8 mV para la oxidación de hidracina a 10 mA cm⁻², superando ampliamente a los electrocatalizadores convencionales.
La caracterización exhaustiva confirmó el núcleo metálico de Ru con estructura cfc y el mayor ordenamiento de la capa de carbono a energías láser más altas. Los análisis in situ revelaron que los sitios metálicos de Ru son responsables de la evolución de hidrógeno, mientras que las especies RuOOH generadas en la superficie impulsan la oxidación de hidracina. El estudio completo está disponible en https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100408.
Cuando se probó en un electrolizador de división de hidracina, un par Ru@C-200‖Ru@C-200 requirió solo 0,11 V para alcanzar 10 mA cm⁻² y mantuvo la estabilidad durante más de 100 horas. El equipo demostró además una batería recargable de Zn-hidracina capaz de alimentar la producción de hidrógeno de forma independiente. La batería alcanzó un 90% de eficiencia energética y se mantuvo estable durante 600 ciclos de carga-descarga. Estos resultados subrayan cómo las interfaces Ru-C diseñadas mejoran simultáneamente la actividad, selectividad y durabilidad tanto para las reacciones anódicas como catódicas.
Según el equipo de investigación, el catalizador Ru@C-200 destaca por su rara combinación de bajo consumo energético, durabilidad a largo plazo y capacidad catalítica bifuncional. El fuerte acoplamiento electrónico entre el núcleo de rutenio y la capa de carbono juega un papel fundamental en la aceleración de la transferencia de carga y la activación eficiente de la hidracina y los intermedios relacionados con el hidrógeno. Este diseño con interfaces optimizadas demuestra cómo un solo catalizador multifuncional puede abordar la doble necesidad de reducir los costos de producción de hidrógeno y eliminar los contaminantes peligrosos de hidracina.
El sistema catalítico basado en Ru@C proporciona una ruta convincente para la producción de hidrógeno a voltajes dramáticamente más bajos que los requeridos para la electrólisis tradicional, ofreciendo ahorros energéticos sustanciales. Su capacidad para oxidar completamente la hidracina mientras genera hidrógeno lo posiciona como una solución práctica para industrias que manejan aguas residuales ricas en hidracina. El acoplamiento exitoso con una batería recargable de Zn-hidracina ilustra un modelo autónomo en el que la producción de hidrógeno, el tratamiento de residuos y el almacenamiento de energía ocurren simultáneamente.
Este enfoque podría acelerar la adopción de infraestructuras de hidrógeno más seguras y eficientes, e inspirar nuevas tecnologías asistidas por hidracina adaptadas para la conversión de energía limpia y la remediación ambiental. Los hallazgos destacan una estrategia prometedora para combinar la generación de energía verde con la eliminación de contaminantes utilizando un solo electrocatalizador multifuncional, lo que podría transformar cómo las industrias abordan tanto la producción de energía como la gestión de aguas residuales.
