Fondecyt Iniciación – 11230550

Solar direct seawater splitting (SDSS) development of materials resitant to corrosion for hydrogen and oxygen evolution reaction (HER and OER) from seawater

Iniciativa

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar materiales avanzados de bajo costo para la producción directa de hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) a partir de agua de mar, utilizando energía solar. Esta tecnología, conocida como Solar Direct Seawater Splitting (SDSS), representa una alternativa limpia, eficiente y sostenible frente a procesos convencionales que dependen de agua dulce y requieren costosos sistemas de desalinización.
El enfoque se basa en el diseño de electrodos resistentes a la corrosión marina, empleando materiales tipo Azul de Prusia (Prussian Blue Analogues, PBA) para el ánodo y nanopartículas bimetálicas para el cátodo. Además, se incorporan herramientas avanzadas como modelación cinética de corrosión, análisis electroquímico con electrodos disco-anillo rotatorio (RRDE), y simulaciones computacionales mediante teoría del funcional de la densidad (DFT).
La iniciativa busca posicionar a Chile como líder en tecnologías solares limpias, aprovechando el enorme potencial de radiación solar del Desierto de Atacama y contribuyendo a la estrategia nacional de descarbonización mediante el desarrollo de una industria de hidrógeno verde basada en agua de mar.
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Objetivos

Objetivo general: Diseñar y fabricar materiales de electrodos resistentes a la corrosión, basados en derivados de Azul de Prusia y nanopartículas bimetálicas, capaces de realizar una electrólisis eficiente del agua de mar para la producción directa de hidrógeno y oxígeno mediante energía solar.

  • OE1. Modelar cinéticamente las reacciones parasitarias durante el subproceso catódico utilizando teoría de potencial mixto y la técnica RRDE.
  • Realizar simulaciones DFT para analizar energías de activación, mecanismos de difusión y degradación de materiales.
  • Desarrollar materiales anódicos tipo Azul de Prusia (e.g., CuHCF, NiHCF, CoHCF) para inhibir la evolución de cloro (CER) y mejorar la eficiencia del OER.
  • Fabricar materiales catódicos a base de nanopartículas de hidróxidos metálicos (e.g., Ni(OH)₂, Cu(OH)₂, Fe(OH)₂) para optimizar la evolución de hidrógeno (HER).
  • Analizar reacciones inhibidoras que reducen la recombinación de H₂ y O₂, y estudiar los mecanismos que afectan la eficiencia energética.
  • Caracterizar electroquímicamente los electrodos mediante técnicas como voltametría cíclica, espectroscopía de impedancia y modelos de superposición.
  • Caracterizar estructuralmente los materiales mediante técnicas de microscopía electrónica (SEM, TEM), difracción de rayos X (XRD) y AFM.

Colaboraciones Nacionales e Internacionales

El proyecto cuenta con el respaldo de investigadores de universidades chilenas (Universidad de Antofagasta, Universidad de Atacama, Universidad Católica del Norte) y centros internacionales como la Universidad de Bristol (UK), el Instituto de Investigación Química de Cataluña (España) y la Comisión de Energía Atómica de Francia.

Resultados

  • Aumento en la participación femenina en I+D vinculada a la energía solar.
  • Fortalecimiento del capital humano avanzado en la Macrozona Norte.
  • Transferencia tecnológica con enfoque inclusivo y sostenible.
  • Mayor visibilidad del liderazgo científico femenino.
  • Posicionamiento de Antofagasta como referente en equidad de género y energía solar.

Relevancia Tecnológica y Ambiental

  • Elimina la necesidad de agua dulce y procesos de desalinización.
  • Promueve el uso de recursos locales como el agua de mar y la radiación solar.
  • Aporta soluciones sostenibles para una futura economía del hidrógeno en Chile.
  • Reduce los impactos ecológicos asociados a la descarga de salmuera y residuos de membranas.

Colaboraciones Nacionales e Internacionales

El proyecto cuenta con el respaldo de investigadores de universidades chilenas (Universidad de Antofagasta, Universidad de Atacama, Universidad Católica del Norte) y centros internacionales como la Universidad de Bristol (UK), el Instituto de Investigación Química de Cataluña (España) y la Comisión de Energía Atómica de Francia.