O catalisador 3-D nanoestruturado hierarquicamente poroso ajuda a reduzir de forma eficiente o dióxido de carbono
p Figura 1. Procedimentos de fabricação de várias nanoestruturas de ouro por meio de nanopadronização de campo de proximidade (PnP) e técnicas de galvanoplastia. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
p Os pesquisadores do KAIST desenvolveram um catalisador nanoestruturado tridimensional (3-D) hierarquicamente poroso com dióxido de carbono (CO
2 ) a taxa de conversão de monóxido de carbono (CO) até 3,96 vezes maior do que a dos catalisadores de ouro nanoporosos convencionais. Este novo catalisador ajuda a superar as limitações existentes do transporte de massa que tem sido uma das principais causas da diminuição do CO
2 taxa de conversão, mantendo uma forte promessa para a conversão eletroquímica em larga escala e econômica de CO
2 em produtos químicos úteis. p Como CO
2 aumentam as emissões e os combustíveis fósseis se esgotam globalmente, reduzindo e convertendo CO
2 limpar a energia eletroquimicamente atraiu muita atenção como uma tecnologia promissora. Especialmente devido ao fato de que o CO
2 a reação de redução ocorre competitivamente com reações de evolução de hidrogênio (HER) em potenciais redox semelhantes, o desenvolvimento de um eletrocatalisador eficiente para CO seletivo e robusto
2 as reações de redução continuam sendo uma questão tecnológica fundamental.
p Ouro (Au) é um dos catalisadores mais comumente usados em CO
2 reações de redução, mas o alto custo e a escassez de Au representam obstáculos para aplicações comerciais em massa. O desenvolvimento de nanoestruturas foi extensivamente estudado como uma abordagem potencial para melhorar a seletividade para produtos alvo e maximizar o número de sítios estáveis ativos, aumentando assim a eficiência energética.
p Contudo, os nanoporos das nanoestruturas complexas relatadas anteriormente foram facilmente bloqueados por bolhas de CO gasoso durante as reações aquosas. As bolhas de CO impediram o transporte de massa dos reagentes através do eletrólito, resultando em baixo CO
2 taxas de conversão.
p Figura 2. Vista superior de imagens de microscópio eletrônico de varredura (SEM) da nanoestrutura de ouro hierarquicamente porosa (barras de escala, 3 μm). Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
p No estudo publicado no
Proceedings of the National Academy of Sciences dos EUA (
PNAS ) em 4 de março, um grupo de pesquisa no KAIST liderado pelo professor Seokwoo Jeon e o professor Jihun Oh do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais projetou uma nanoestrutura 3-D hierarquicamente porosa de Au com dois tamanhos diferentes de macroporos e nanoporos. A equipe usou nanopadrões de campo de proximidade (PnP) e técnicas de eletrodeposição que são eficazes para a fabricação de nanoestruturas 3-D bem ordenadas.
p A nanoestrutura proposta, composta por canais macroporosos interconectados de 200 a 300 nanômetros (nm) de largura e nanoporos de 10 nm, induz o transporte de massa eficiente através dos canais macroporosos interconectados, bem como alta seletividade ao produzir sítios estáveis altamente ativos a partir de numerosos nanoporos.
p Figura 3. Ilustração esquemática e a vista em corte transversal com a via de reação esperada para os eletrodos de ouro hierarquicamente poroso e ouro nanoporoso. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
p Como resultado, seus eletrodos mostram uma alta seletividade de CO de 85,8% em um baixo sobrepotencial de 0,264 V e uma atividade de massa eficiente que é até 3,96 vezes maior do que a dos eletrodos nanoporosos de Au sem liga.
p "Espera-se que esses resultados resolvam o problema de transferência de massa no campo de reações eletroquímicas semelhantes e possam ser aplicados a uma ampla gama de aplicações de energia verde para a utilização eficiente de eletrocatalisadores, "disseram os pesquisadores.
