Paso de gigante de la ciencia energética: científicos alemanes consiguen un catalizador nunca visto para producir hidrógeno verde

Un equipo de investigadores de la Universidad de Nottingham y la Universidad de Ulm ha logrado visualizar por primera vez, a escala atómica y en tiempo real, el mecanismo por el que se forman los sitios activos de un catalizador de platino y níquel durante la producción de hidrógeno verde. El hallazgo, publicado en la revista científica Advanced Materials en junio de 2026, establece un récord de actividad másica para este tipo de materiales.

El estudio parte de nanopartículas que contienen solo algunas docenas de átomos de platino y níquel combinados. Bajo condiciones de reacción, esas partículas atraviesan una transformación espontánea, según detalla el medio científico phys.org en su cobertura del trabajo.

El platino tiende a agruparse en un sector de la partícula, mientras el níquel migra al otro y se oxida, dando lugar a una interfaz platino-óxido de níquel que concentra los sitios catalíticamente activos.

Ese reordenamiento interno no era visible con las técnicas convencionales de microscopía electrónica, que operan a voltajes de 200 a 300 kilovoltios y dañan los materiales antes de que puedan observarse. El equipo recurrió al microscopio SALVE, desarrollado en la Universidad de Ulm bajo la dirección de la profesora Ute Kaiser, que trabaja a entre 30 y 80 kilovoltios, lo que permite rastrear posiciones atómicas individuales sin destruir la muestra.

El catalizador que bate el récord de actividad para producir hidrógeno

El resultado central del estudio es la configuración denominada Pt-NiO, donde el platino metálico y el óxido de níquel coexisten con una interfaz atómica definida. Esa estructura alcanza una actividad másica de 11,1 A por miligramo de platino en la reacción de evolución de hidrógeno, según los propios autores del artículo. Se trata del valor más alto documentado hasta ahora para este tipo de catalizadores bimetálicos en condiciones de electrólisis del agua.

La interfaz entre el platino y el óxido de níquel cumple dos funciones diferenciadas. El óxido de níquel facilita la disociación de las moléculas de agua, un paso preliminar necesario para liberar el hidrógeno. Una vez descompuesta el agua, los átomos de platino en la superficie adsorben el hidrógeno de forma eficiente y lo liberan.

La concentración de sitios con esa geometría específica, que solo emerge en la configuración Pt-NiO, es la razón del rendimiento excepcional que describe Hydrogen Fuel News.

La transformación entre la aleación inicial y el estado separado depende de dos variables, según el artículo publicado en Advanced Materials. La primera es la disponibilidad de oxígeno en el ambiente durante la reacción. La segunda es que la partícula supere un tamaño crítico de núcleo, por debajo del cual el sistema permanece en el estado aleado original.

Cómo se observó el proceso a escala atómica

El trabajo experimental quedó a cargo del Dr. Emerson Kohlrausch, investigador de la Escuela de Química de la Universidad de Nottingham, quien llevó a cabo el trabajo de microscopía in situ en el Centro de Investigación a Nanoescala y Microescala de esa institución.

Los nanogrupos se colocaron sobre grafeno, que actúa como soporte conductor, y se expusieron al haz de electrones del microscopio SALVE con vapor de agua a baja presión. El haz de electrones actuó simultáneamente como estímulo que inducía la reacción y como herramienta de imagen para registrar los cambios.

«Puedes verlos moverse, separarse y oxidarse», describió el Dr. Kohlrausch sobre los reordenamientos atómicos capturados. Las imágenes obtenidas correlacionaron directamente con los resultados de actividad catalítica, lo que demostró que la dinámica observable en espacio real explica el rendimiento electroquímico medido.

Tras los experimentos de microscopía, las muestras se enviaron al Diamond Light Source, la fuente de radiación sincrotrón del Reino Unido, donde se realizó espectroscopia de absorción de rayos X avanzada para validar los hallazgos bajo condiciones reales de operación.

¿Por qué importa este avance para el hidrógeno verde?

El hidrógeno verde se produce mediante electrólisis del agua impulsada por energía renovable y no genera emisiones de dióxido de carbono durante su fabricación. Es una de las vías más estudiadas para almacenar energía eléctrica excedente y descarbonizar sectores industriales que no pueden electrificarse directamente, como la producción de acero o de fertilizantes.

Uno de los principales obstáculos para su adopción masiva es el coste de los catalizadores. El platino es el metal más eficaz conocido para acelerar la reacción de evolución de hidrógeno, pero su precio y escasez limitan la escala de los sistemas de electrólisis. El catalizador del estudio logra un rendimiento récord con nanopartículas que contienen muy pocos átomos de platino, lo que reduce la cantidad de metal necesaria para obtener la misma producción.

La comprensión del mecanismo de formación de sitios activos permite ahora diseñar catalizadores de forma racional, en lugar de ajustar sus propiedades por ensayo y error.