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Oct 18, 2023

Defeitos intencionais resultam em melhores reações, relatam pesquisadores

7 de junho de 2023 Este artigo

7 de junho de 2023

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por Tsinghua University Press

Um defeito nem sempre é uma coisa ruim. Na verdade, quando se trata de melhorar o processo de eletrocatálise que produz gás hidrogênio de queima limpa, pode ser uma coisa muito boa. Pesquisadores baseados na China projetaram um eletrocatalisador – que acelera uma reação desejada – com arquiteturas amorfa e cristalina que contém defeitos na estrutura atômica. Os defeitos permitem que o eletrocatalisador desencadeie uma atividade de reação “superior”, relatou a equipe.

Eles publicaram seus resultados Nano Research Energy.

"A geração de hidrogênio a partir da eletrólise da água - ou o uso de corrente elétrica para dividir a água para separar o hidrogênio do oxigênio - impulsionada por energia renovável é uma tecnologia promissora para mitigar e resolver a crise de energia e meio ambiente", disse Cuiling Li, professor da Academia Chinesa of Sciences' Technical Institute of Physics and Chemistry, que também é afiliado ao Beijing Institute of Technology e ao Binzhou Institute of Technology.

A reação de evolução do oxigênio é a reação anódica da eletrólise da água, na qual a corrente direta causa uma reação química que separa as moléculas de oxigênio das moléculas de água. No entanto, Li chamou essa reação de "um processo lento" e limita a eletrólise da água como um mecanismo sustentável para produzir gás hidrogênio. Segundo Li, a reação de evolução do oxigênio é lenta porque requer muita energia para desencadear a forma como as moléculas transferem seus constituintes, mas poderia ser acelerada com menos energia se integrada a catalisadores mais eficientes.

"Explorar eletrocatalisadores eficientes para a reação de evolução do oxigênio é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos eletroquímicos para conversão de energia limpa", disse Li.

Os pesquisadores se voltaram para o óxido de rutênio, um catalisador de custo mais baixo que adere menos aos reagentes e intermediários do que outros catalisadores.

"Nanomateriais baseados em óxido de rutênio com melhor desempenho de reação de evolução de oxigênio em comparação com produtos comerciais foram relatados, enquanto estratégias de design de eletrocatalisadores mais sofisticadas para evocar um desempenho catalítico mais eficiente são necessárias com urgência e amplamente inexploradas", disse Li.

Para preencher essa lacuna, os pesquisadores sintetizaram partículas porosas de óxido de rutênio. Eles então trataram as partículas para produzir heterofases racionalmente reguladas, o que significa que as partículas contêm diferentes arquiteturas integradas. A estrutura porosa e heterofásica fornece os defeitos - essencialmente cortes na estrutura atômica - que permitem que locais mais ativos para a reação de evolução do oxigênio prossigam com mais eficiência, de acordo com Li.

"Beneficiando-se dos defeitos abundantes, limites de cristal e acessibilidade do local ativo das amostras resultantes, foi demonstrado um desempenho superior da reação de evolução do oxigênio", disse Li, explicando que os eletrocatalisadores projetados não apenas produzem uma melhor reação de evolução do oxigênio, mas também com menos eletricidade alimentando o processo. "Este estudo demonstra a importância da engenharia de fase e fornece um novo caminho para a concepção e síntese de catalisadores combinados de estratégias."

Mais Informações: Chengming Wang et al, Partículas nanoporosas RuO 2 amorfas/cristalinas ricas em defeitos orientadas para engenharia de fase para aumentar a reação de evolução de oxigênio em meio ácido, Nano Research Energy (2023). DOI: 10.26599/NRE.2023.9120070