As simulações dos cientistas da Purdue University desvendaram o mistério de um novo eletrocatalisador que pode resolver um problema significativo associado às células de combustível e eletrolisadores.

Células de combustível, que usam reações químicas para produzir energia, e eletrolisadores, que convertem energia em hidrogênio ou outros gases, use eletrocatalisadores para promover reações químicas. Eletrocatalisadores que podem ativar tais reações tendem a ser instáveis ​​porque podem corroer em soluções de água altamente ácidas ou básicas que são usadas em células de combustível ou eletrolisadores.

Uma equipe liderada por Jeffrey Greeley, um professor associado de engenharia química, identificou a estrutura de um eletrocatalisador feito de nanopartículas de níquel depositadas na platina que é ativa e estável. Este projeto criou propriedades no níquel que Greeley disse serem inesperadas, mas altamente benéficas.

"As reações levaram a estruturas muito estáveis ​​que não preveríamos apenas observando as propriedades do níquel, "Greeley disse." Acabou sendo uma grande surpresa. "

A equipe de Greeley e os colaboradores que trabalham no Laboratório Nacional de Argonne notaram que o níquel colocado em um substrato de platina apresentava potencial como eletrocatalisador. O laboratório de Greeley então começou a trabalhar para descobrir como um eletrocatalisador com essa composição poderia ser ativo e estável.

A equipe de Greeley simulou diferentes espessuras e diâmetros de níquel sobre platina, bem como tensões e níveis de pH nas células. A colocação de níquel em apenas uma ou duas camadas atômicas de espessura e de um a dois nanômetros de diâmetro criou as condições desejadas.

"Eles são como pequenas ilhas de níquel em um mar de platina, "Greeley disse.

A camada ultrafina de níquel é a chave, Greeley disse, porque é no ponto onde os dois metais se juntam que ocorre toda a atividade eletroquímica. E uma vez que existem apenas uma ou duas camadas atômicas de níquel, quase tudo está reagindo com a platina. Isso não só cria a catálise necessária, mas muda o níquel de uma forma que o impede de oxidar, fornecendo a estabilidade.

Os colaboradores da Argonne então analisaram a estrutura de níquel-platina e confirmaram as propriedades que Greeley e sua equipe esperavam que o eletrocatalisador tivesse.

Próximo, Greeley planeja testar estruturas semelhantes com metais diferentes, como substituir a platina por ouro ou o níquel por cobalto, bem como modificar o pH e as tensões. Ele acredita que outras combinações mais estáveis ​​e ativas podem ser encontradas usando sua análise computacional.

O estudo foi publicado em Nature Energy .