Desarrollan catalizadores más estables y eficientes para producir hidrógeno sostenible a partir de amoniaco

02/10/2026

Un equipo del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universitat Politècnica de València (UPV), ha desarrollado una nueva generación de catalizadores, sustancias que aceleran reacciones químicas, capaces de mejorar la producción de hidrógeno a partir de amoniaco, una tecnología que facilita el transporte y almacenamiento de este vector energético sostenible. Los nuevos catalizadores incorporan nanopartículas de rutenio, un metal similar al platino, mediante un método de fabricación que permite que las nanopartículas queden ‘ancladas’ en la superficie. Esto produce catalizadores más robustos y capaces de funcionar más tiempo. La tecnología se publica en la revista Angewandte Chemie.

“El hidrógeno es una pieza clave para avanzar hacia una producción industrial y energética con menores emisiones, pero su almacenamiento y transporte presentan importantes desafíos”, explica Sonia Escolástico, científica titular del CSIC en el ITQ y una de las autoras principales del estudio. “En este contexto, el amoniaco está cobrando relevancia como posible molécula portadora de hidrógeno, ya que permite almacenar y transportar como un líquido de alta densidad energética para recuperar el hidrógeno posteriormente cuando y donde sea necesario”, amplía la investigadora.

Una de las etapas de este proceso es el llamado ‘craqueo’ o descomposición del amoníaco, que utiliza un catalizador para obtener hidrógeno y nitrógeno a partir del amoniaco. La investigación desarrollada en el ITQ muestra que los nuevos catalizadores basados en nanopartículas de rutenio sobre óxido de cerio (un compuesto químico que captura y libera oxígeno de forma eficaz, muy útil para reducir la contaminación) pueden mejorar este proceso. Además de alcanzar una elevada actividad, el material presenta una resistencia especialmente alta frente a la sinterización, la unión y crecimiento de las pequeñas partículas hasta formar otras de mayor tamaño, lo que reduce su superficie activa y hace que pierdan eficacia.

Nanopartículas con ‘raíces’

La clave del nuevo material está en la forma en la que se fabrican las nanopartículas. En lugar de depositar las partículas de rutenio sobre el óxido de cerio mediante un procedimiento convencional, los componentes metálicos se introducen previamente dentro de la estructura del óxido. Posteriormente, los átomos de rutenio migran hacia la superficie y forman allí las nanopartículas, mediante un tratamiento de reducción. Este proceso, llamado exsolución, hace que las nanopartículas queden parcialmente incrustadas en el material que las sostiene, como si tuvieran unas ‘raíces’ que las mantienen ancladas a la superficie del sustrato.

Esta característica dificulta que las nanopartículas se aglomeren y aumenten de tamaño durante el funcionamiento a altas temperaturas. El resultado es un catalizador más robusto y capaz de mantener sus propiedades durante periodos prolongados de operación. “Es como plantar una semilla, que sería el catión, en un sustrato, que sería el óxido, para posteriormente hacerla crecer formando una nanopartícula ‘enraizada’ en la superficie del sustrato”, explica Alfonso Carrillo, científico titular del CSIC en el ITQ y otro de los autores de referencia.

Los nuevos catalizadores desarrollados por el ITQ presentan una mayor actividad para producir hidrógeno que los materiales preparados mediante métodos convencionales, además de una elevada estabilidad a altas temperaturas. En un ensayo de reacción de 260 horas, las nanopartículas se mantuvieron altamente estables, sin sufrir cambios en su morfología y manteniendo una destacada actividad catalítica.

Nuevas posibilidades

Otra de las aportaciones del trabajo ha sido demostrar que esta estrategia de fabricación puede utilizarse en un campo más amplio del que se había explorado hasta ahora. La exsolución se había estudiado principalmente en determinados materiales conocidos como perovskitas (estructuras cristalinas para aprovechar la energía de la luz), especialmente para aplicaciones relacionadas con pilas de combustible y electrolizadores de alta temperatura. Este trabajo demuestra que también puede aplicarse con éxito a óxidos de cerio, materiales con una estructura diferente que presentan dificultades para incorporar determinados metales en su interior.

Para superar esta limitación, se han utilizado conceptos de química de defectos y de estado sólido para diseñar el material de manera que los componentes metálicos puedan incorporarse a su estructura y, posteriormente, formar las nanopartículas mediante exsolución. De este modo, el estudio no solo desarrolla un catalizador específico para producir hidrógeno, sino que también amplía las posibilidades de emplear la exsolución como método para fabricar materiales catalíticos robustos destinados a procesos que operan a altas temperaturas.

Más allá de la producción de hidrógeno

Aunque la investigación se ha centrado en la descomposición del amoniaco para producir hidrógeno, las propiedades de estos materiales podrían resultar de interés para otras tecnologías. Entre sus posibles aplicaciones futuras se encuentra su utilización en procesos de hidrogenación de dióxido de carbono, así como en materiales para la fabricación de electrodos en celdas electroquímicas de alta temperatura.

Los resultados abren una vía para diseñar catalizadores que no solo alcancen una elevada actividad, sino que también garanticen que las nanopartículas responsables de esa actividad permanezcan estables durante un funcionamiento prolongado. El trabajo muestra que la exsolución puede convertirse en una vía para fabricar nanocatalizadores más resistentes y eficientes, con potencial para contribuir al desarrollo de tecnologías de producción y uso del hidrógeno.

El trabajo ha sido desarrollado por el grupo de Almacenamiento y Conversión de Energía liderado por José M. Serra, profesor de investigación del CSIC y director del ITQ, y ha constituido una parte central de la tesis doctoral del Dr. Andrés López-García. También ha colaborado el equipo de Ana Hungría, de la Universidad de Cádiz, en la parte de microscopía.

 

A. López-García, E. Barrio-Querol, and Á. Represa, et al., Acceptor-Doped Cerium Oxides Enabling Metallic Nanocatalyst Exsolution for Hydrogen Production From Ammonia, Angewandte Chemie International Edition 65, no. 39 (2026): e6182981. DO: https://doi.org/10.1002/anie.6182981