La Sección de Química de la Universidad de La Laguna ha acogido esta semana la defensa de la tesis doctoral del investigador Sergio Fajardo Rodríguez, titulada “Catalizadores basados en grafeno para la reacción de reducción de oxígeno en dispositivos electroquímicos de conversión de energía”, obteniendo la máxima calificación. El trabajo, dirigido por las catedráticas Elena María Pastor Tejera de la Universidad de La Laguna y María del Pilar Ocón Esteban, de la Universidad Autónoma de Madrid, se enmarca en el Programa de Doctorado en Química e Ingeniería Química, con mención internacional y la modalidad de compendio de publicaciones.
La investigación parte de una necesidad urgente: descarbonizar el sistema energético global. Una de las tecnologías más prometedoras en este proceso son los dispositivos electroquímicos como las pilas de combustible y las baterías metal-aire, capaces de convertir energía química directamente en electricidad con alta eficiencia y sin emisiones contaminantes. Sin embargo, una barrera recurrente es la necesidad de obtener catalizadores altamente eficientes y duraderos para facilitar una reacción clave en estos sistemas: la reacción de reducción de oxígeno. Hasta ahora, esta función la cumplían catalizadores basados en platino, un metal escaso, costoso y poco sostenible.
En su tesis, Sergio Fajardo ha desarrollado una alternativa innovadora: materiales derivados de grafeno, químicamente modificados, combinados con metales no nobles como el cobalto y el manganeso. Estos nuevos catalizadores no solo reducen el coste y la huella ambiental, sino que además ofrecen rendimientos electroquímicos comparables o superiores a los materiales tradicionales. Según explicó durante la presentación, el grafeno utilizado se genera químicamente, con una pureza baja, comparado con los empleados en aplicaciones electrónicas. “Lo que buscamos son imperfecciones, porque en esos defectos es donde realmente ocurren las reacciones electroquímicas”, explicó el autor.
Sergio Fajardo, durante la defensa de sus tesis doctoral.
Mediante procesos químicos controlados, se introducen átomos de nitrógeno, oxígeno o azufre en la estructura del grafeno, generando sitios activos que, en combinación con metales de transición, mejoran tanto la actividad catalítica como la estabilidad del sistema. Uno de los hitos destacados de la tesis ha sido demostrar que la incorporación de manganeso a los sistemas basados en cobalto incrementa notablemente la durabilidad del material, una propiedad esencial para su uso en dispositivos reales. Además, se comprobó la posibilidad de recuperar la actividad catalítica tras su degradación, lo que abre la puerta a estrategias de reciclaje dentro del marco de la economía circular.
“Con estos materiales queremos contribuir a una revolución energética realista y asequible, con tecnologías basadas en materiales abundantes, reciclables y eficientes”, señaló Fajardo Rodríguez en su defensa. En sus experimentos, los nuevos catalizadores han demostrado un rendimiento electroquímico competitivo, buena densidad de corriente y, sobre todo, resistencia al paso del tiempo y a condiciones exigentes.
El trabajo incluye varias publicaciones científicas en revistas especializadas y ha sido desarrollado parcialmente en colaboración con laboratorios europeos, lo que ha permitido obtener la Mención Internacional de Doctorado. Las directoras de tesis subrayaron la madurez científica del trabajo y su aplicabilidad industrial a medio plazo.
Aunque la producción industrial aún requiere más investigación, las técnicas empleadas son fácilmente escalables a nivel semiindustrial, lo que permite pensar en futuras aplicaciones reales en sectores como el almacenamiento energético, la movilidad eléctrica o los sistemas de respaldo basados en hidrógeno.
Este trabajo representa un avance concreto hacia un futuro en el que la energía limpia no dependa de materiales costosos o de difícil acceso. Utilizando grafito natural —el mismo componente de los lápices— modificado químicamente y metales abundantes, se han obtenido materiales catalíticos prometedores que podrían facilitar el desarrollo de nuevas generaciones de dispositivos electroquímicos. En palabras del doctorando, “no estamos hablando sólo de hacer ciencia, sino de crear herramientas viables para una transición energética real, con tecnologías más baratas, duraderas y reciclables”.
