Una investigación del Laboratorio Nacional Argonne, en Estados Unidos, identificó cómo la estructura atómica del iridio modifica su comportamiento en cuatro reacciones electroquímicas. El hallazgo abre nuevas posibilidades para optimizar tecnologías de hidrógeno, pilas de combustible y conversión energética.
Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, en Estados Unidos, identificaron diferencias determinantes en el comportamiento catalítico del iridio, un metal precioso utilizado en tecnologías energéticas avanzadas. El estudio, difundido este 11 de noviembre de 2026 y publicado en la revista científica ACS Catalysis, demuestra que la disposición de los átomos en la superficie del metal y las condiciones químicas del entorno influyen directamente en la velocidad y los productos de reacciones vinculadas al hidrógeno y al oxígeno.
El descubrimiento permite comprender con mayor precisión por qué distintas superficies de un mismo metal pueden presentar rendimientos electroquímicos diferentes. Los investigadores analizaron tres orientaciones cristalográficas del iridio en soluciones ácidas y alcalinas, obteniendo datos experimentales que podrían contribuir al diseño de catalizadores más eficientes.
La investigación adquiere relevancia para la industria energética debido al papel del iridio en determinados sistemas de electrólisis y conversión electroquímica. También refuerza el interés tecnológico por los metales del grupo del platino, cuya disponibilidad y aprovechamiento eficiente representan factores importantes para el desarrollo de nuevas tecnologías.
La estructura atómica del iridio determina su eficiencia catalítica
El iridio es un metal de transición perteneciente al grupo del platino, caracterizado por su resistencia química y su capacidad para participar en reacciones electroquímicas.
En aplicaciones energéticas, los catalizadores permiten acelerar determinadas reacciones que ocurren sobre la superficie de los electrodos.
Sin embargo, el comportamiento de estos materiales no depende exclusivamente de su composición química.
Los científicos comprobaron que la orientación de los átomos expuestos en la superficie modifica la capacidad del metal para facilitar distintas reacciones.
En un cristal metálico, los átomos se distribuyen siguiendo estructuras ordenadas. Dependiendo de la orientación de la superficie, quedan expuestas configuraciones diferentes, capaces de interactuar de distintas maneras con moléculas de agua, hidrógeno y oxígeno.
Esta característica permite que un mismo elemento químico presente comportamientos catalíticos distintos sin necesidad de modificar su composición.
El equipo de Argonne analizó tres superficies cristalinas de iridio: Ir(111), Ir(100) e Ir(110).
Los números identifican orientaciones cristalográficas específicas y no corresponden a porcentajes de concentración, leyes minerales ni grados de pureza.
La comparación permitió identificar qué estructuras favorecen determinadas reacciones y cómo cambia su comportamiento cuando se modifica la acidez del medio.
Cuatro reacciones fundamentales para las tecnologías energéticas
La investigación abordó cuatro procesos electroquímicos relacionados con la producción, utilización y transformación de hidrógeno y oxígeno.
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Reacción estudiada |
Relevancia tecnológica |
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Evolución de hidrógeno (HER) |
Producción electroquímica de hidrógeno |
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Oxidación de hidrógeno (HOR) |
Aprovechamiento del hidrógeno como combustible |
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Reducción de oxígeno (ORR) |
Funcionamiento de pilas de combustible |
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Reducción de peróxido de hidrógeno (HPRR) |
Comportamiento de productos intermedios y secundarios |
Estas reacciones participan en distintos sistemas de conversión energética, aunque no todas ocurren necesariamente en un mismo dispositivo.
Los investigadores examinaron cómo variaba el comportamiento del iridio cuando las superficies cristalinas interactuaban con soluciones de diferente pH.
El objetivo fue establecer relaciones entre estructura atómica, velocidad de reacción y selectividad química.
Esta última propiedad resulta especialmente importante porque un catalizador no solamente debe acelerar una reacción, sino también favorecer la formación del producto deseado.
Un material que genera cantidades importantes de subproductos puede disminuir la eficiencia del sistema o introducir problemas asociados a degradación y mantenimiento.
Los resultados mostraron que ninguna de las superficies estudiadas presenta el mejor comportamiento en todas las reacciones, lo que confirma la necesidad de seleccionar estructuras específicas para cada aplicación industrial.
Iridio Ir(111) presenta mejor desempeño en reacciones de hidrógeno
Uno de los resultados más destacados corresponde a la superficie cristalográfica Ir(111), que presentó la mayor actividad para las reacciones de evolución y oxidación de hidrógeno en ambos medios estudiados.
En contraste, la superficie Ir(110) mostró un comportamiento más favorable para la reducción de oxígeno, una reacción esencial en diferentes tecnologías de pilas de combustible.
Esta diferencia confirma que la selección de una estructura cristalina adecuada puede influir en el rendimiento de un sistema electroquímico, incluso cuando se utiliza exactamente el mismo metal.
Los resultados también revelaron una influencia considerable de las condiciones químicas.
Las reacciones relacionadas con el hidrógeno se desarrollaron más lentamente en ambientes alcalinos que en soluciones ácidas.
En condiciones ácidas, la disponibilidad de protones facilita determinadas etapas de reacción. En cambio, en medios alcalinos, la superficie catalítica debe favorecer procesos adicionales de disociación del agua para obtener el hidrógeno necesario.
Estas diferencias constituyen información relevante para comprender las limitaciones de los catalizadores y desarrollar modelos más precisos de su funcionamiento.
El peróxido de hidrógeno revela diferencias entre ambientes ácidos y alcalinos
Otro resultado relevante corresponde a la formación de peróxido de hidrógeno durante la reducción de oxígeno.
Aunque la velocidad general de esta reacción presentó una dependencia relativamente limitada del pH, la naturaleza de los productos obtenidos cambió considerablemente.
En soluciones ácidas, las superficies estudiadas generaron proporciones muy reducidas de peróxido de hidrógeno, inferiores al 1% bajo las condiciones experimentales analizadas.
En ambientes alcalinos, la formación de este compuesto aumentó significativamente en determinados potenciales electroquímicos.
El peróxido de hidrógeno puede representar un problema para algunos dispositivos debido a su capacidad de participar en reacciones secundarias y contribuir al deterioro de materiales.
Por esta razón, controlar su formación constituye un objetivo importante en el desarrollo de electrodos para aplicaciones energéticas.
Los resultados permiten comprender que la eficiencia de un catalizador no depende únicamente de acelerar una reacción, sino también de controlar las rutas químicas mediante las cuales se generan sus productos.
Qué significa el descubrimiento para el hidrógeno verde
El estudio proporciona información que podría utilizarse en el desarrollo de nuevas generaciones de catalizadores para tecnologías de hidrógeno.
En los sistemas de electrólisis, la electricidad permite separar las moléculas de agua para producir hidrógeno y oxígeno.
El rendimiento de estos equipos depende de diversos factores, incluyendo las propiedades de los electrodos, la composición del electrolito, las condiciones de operación y la estabilidad de los materiales catalíticos.
El iridio y sus óxidos tienen especial relevancia en tecnologías de electrólisis con membrana de intercambio protónico (PEM), donde las condiciones ácidas exigen materiales resistentes a la corrosión.
Sin embargo, existe una distinción técnica importante: la investigación de Argonne se concentró en superficies de iridio metálico y no representa una demostración directa de mejoras en los catalizadores comerciales de óxido de iridio utilizados para producir oxígeno en electrolizadores PEM.
Sus resultados ofrecen conocimientos fundamentales que podrían contribuir a futuras investigaciones y al desarrollo de materiales más eficientes.
El desafío consiste en trasladar estos resultados obtenidos bajo condiciones controladas de laboratorio hacia dispositivos capaces de operar durante períodos prolongados, con elevados niveles de corriente y exigencias industriales.
Iridio: un metal estratégico para la transición energética
El iridio pertenece al grupo de los metales del platino, junto con elementos como rodio, rutenio, paladio, osmio y platino.
Se caracteriza por su elevada resistencia a determinadas condiciones químicas y térmicas, propiedades que explican su utilización en aplicaciones industriales especializadas.
Su producción mundial es limitada y está vinculada principalmente al procesamiento de minerales que contienen metales del grupo del platino.
Esta característica convierte la disponibilidad del material en una consideración relevante para las tecnologías que requieren catalizadores basados en iridio.
A diferencia de metales como el cobre o el hierro, el iridio no cuenta con una producción minera masiva e independiente. Habitualmente se recupera como subproducto de operaciones y procesos metalúrgicos orientados a otros metales.
En consecuencia, aumentar su suministro puede resultar complejo, debido a que la producción depende de factores económicos y técnicos relacionados con los minerales principales.
Este escenario impulsa investigaciones destinadas a mejorar el aprovechamiento del metal, disminuir las cantidades necesarias en los electrodos y explorar materiales alternativos.
Los resultados de Argonne se insertan en ese esfuerzo científico, aunque todavía no permiten establecer reducciones cuantificadas en los costos industriales ni en el consumo de iridio.
Impacto potencial para la minería y la industria energética chilena
Para Chile, el desarrollo de nuevos materiales catalíticos tiene implicancias principalmente en el ámbito de las tecnologías energéticas y del procesamiento industrial.
El país mantiene oportunidades de desarrollo de hidrógeno verde asociadas a sus recursos solares y eólicos, especialmente en el norte y extremo austral.
La disponibilidad de equipos eficientes, resistentes y económicamente competitivos será determinante para materializar instalaciones de electrólisis a escala industrial.
En este contexto, comprender el comportamiento de los metales utilizados como catalizadores puede favorecer el desarrollo de tecnologías con mejores prestaciones y menor dependencia de materiales escasos.
La minería chilena también podría beneficiarse indirectamente de los avances en sistemas electroquímicos mediante nuevas alternativas de almacenamiento energético, combustibles de bajas emisiones y procesos industriales especializados.
No obstante, estas aplicaciones dependerán de desarrollos tecnológicos posteriores. La investigación estadounidense todavía no constituye una solución comercial disponible para las operaciones mineras.
Desde la perspectiva de los minerales críticos, también demuestra que el valor estratégico de un metal puede depender tanto de su disponibilidad geológica como del conocimiento científico necesario para aprovechar sus propiedades.
Nuevos datos permitirán diseñar catalizadores más precisos
El principal aporte de la investigación es la construcción de una referencia experimental para comparar el comportamiento electroquímico de superficies de iridio con orientaciones cristalinas definidas.
Los resultados permitirán estudiar con mayor precisión cómo interactúan los átomos superficiales con distintas especies químicas y cómo estas interacciones determinan las rutas de reacción.
También entregan información útil para establecer comparaciones con otros materiales catalíticos, especialmente el platino, ampliamente investigado para aplicaciones energéticas.
Los próximos desafíos científicos incluyen comprender la estabilidad de estas estructuras bajo condiciones de operación prolongadas, evaluar otras configuraciones superficiales y estudiar su comportamiento en materiales utilizados industrialmente.
Para la transición energética, la investigación refuerza una tendencia importante: mejorar el desempeño de las tecnologías no depende exclusivamente de descubrir nuevos materiales, sino también de comprender y controlar la organización atómica de aquellos que ya se utilizan.
El hallazgo demuestra que distintas superficies de un mismo metal pueden favorecer reacciones electroquímicas diferentes, abriendo posibilidades para desarrollar catalizadores más selectivos y comprender mejor los procesos que intervienen en la producción y utilización del hidrógeno.
La aplicación industrial de estos conocimientos requerirá nuevas investigaciones, pero establece una base científica relevante para optimizar tecnologías energéticas que dependen de metales escasos y de alto valor tecnológico.
REDIMIN Responde
¿Qué descubrió la investigación del Laboratorio Nacional Argonne sobre el iridio?
La investigación identificó cómo la estructura atómica del iridio modifica su comportamiento en cuatro reacciones electroquímicas, lo que abre nuevas posibilidades para optimizar tecnologías de hidrógeno, pilas de combustible y conversión energética.
¿Qué importancia tiene el iridio en la industria energética?
El iridio es relevante en la industria energética debido a su papel en sistemas de electrólisis y conversión electroquímica, y su capacidad para participar en reacciones electroquímicas avanzadas.
¿Cómo afecta la orientación cristalográfica del iridio a su comportamiento catalítico?
La orientación cristalográfica del iridio afecta su comportamiento catalítico al modificar la capacidad del metal para facilitar distintas reacciones, dependiendo de la disposición de los átomos en la superficie y las condiciones químicas del entorno.
¿Qué reacciones electroquímicas fueron estudiadas en la investigación?
La investigación abordó cuatro procesos electroquímicos: evolución de hidrógeno (HER), oxidación de hidrógeno (HOR), reducción de oxígeno (ORR) y reducción de peróxido de hidrógeno (HPRR), todos relacionados con la producción, utilización y transformación de hidrógeno y oxígeno.
¿Qué resultados destacaron sobre las superficies cristalinas de iridio?
La superficie cristalográfica Ir(111) presentó la mayor actividad para las reacciones de evolución y oxidación de hidrógeno, mientras que Ir(110) mostró un comportamiento más favorable para la reducción de oxígeno. Estas diferencias resaltan la importancia de seleccionar estructuras cristalinas adecuadas para cada aplicación industrial.
