Os químicos da Rice University produziram um catalisador baseado em grafeno induzido por laser que divide a água em hidrogênio de um lado e oxigênio do outro. Eles disseram que o material barato pode ser um componente prático na geração de hidrogênio para uso em células de combustível futuras.

O material de fácil fabricação desenvolvido pelo laboratório Rice do químico James Tour oferece uma maneira robusta e eficiente de armazenar energia química. Os testes mostraram que o fino catalisador produzia grandes bolhas de oxigênio e hidrogênio em ambos os lados simultaneamente.

O processo é o assunto de um artigo no American Chemical Society's Materiais Aplicados e Interfaces .

"O hidrogênio é atualmente feito pela conversão do gás natural em uma mistura de dióxido de carbono e gás hidrogênio, "Tour disse." Então, para cada duas moléculas de hidrogênio, uma molécula de dióxido de carbono é formada, tornando este processo tradicional um emissor de gases de efeito estufa.

"Mas se alguém divide a água em hidrogênio e oxigênio, usando um sistema catalítico e eletricidade gerada a partir da energia eólica ou solar, então o hidrogênio fornecido é inteiramente renovável, "ele disse." Uma vez usado em uma célula de combustível, ele reverte para a água sem outras emissões. E as células de combustível costumam ser duas vezes mais eficientes que os motores de combustão interna, ainda mais economia de energia. "

O catalisador é outro uso para o versátil grafeno induzido por laser (LIG), que o arroz lançou em 2014. LIG é produzido tratando a superfície de uma folha de poliimida, um plástico barato, com um laser. Em vez de uma folha plana de átomos de carbono hexagonais, LIG é uma espuma de folhas de grafeno com uma borda ligada à superfície subjacente e bordas quimicamente ativas expostas ao ar.

O próprio LIG é inerte, portanto, transformá-lo em um divisor de água envolve mais algumas etapas. Primeiro, o laboratório impregnou a lateral do plástico destinado a retirar o hidrogênio da água com partículas de platina; em seguida, o laboratório usou um laser para aquecer a superfície e fazer LIG. O material de arroz usa apenas um quarto da platina encontrada em catalisadores comerciais, disse Jibo Zhang, um estudante de pós-graduação da Rice e principal autor do artigo.

O outro lado, para evolução de oxigênio, foi transformado primeiro em LIG e, em seguida, aprimorado com níquel e ferro por meio de deposição eletroquímica. Ambos os lados mostraram baixos potenciais de início (a tensão necessária para iniciar uma reação) e forte desempenho acima de 1, 000 ciclos.

O laboratório surgiu com outra variação:transformar a poliimida em um catalisador LIG com cobalto e fósforo que poderia substituir os lados da platina ou níquel-ferro para produzir hidrogênio ou oxigênio. Embora o material de baixo custo se beneficie da eliminação de metais nobres caros, sacrifica alguma eficiência na geração de hidrogênio, Tour disse.

Quando configurado com cobalto-fósforo para evolução de hidrogênio e níquel-ferro para oxigênio, o catalisador forneceu uma densidade de corrente de 10 miliamperes por centímetro quadrado a 1,66 volts. Ele pode ser aumentado para 400 miliamperes por centímetro quadrado a 1,9 volts sem degradar o material. A densidade da corrente governa a taxa da reação química.

Tour disse que o LIG aprimorado oferece desempenho de divisão de água que é comparável e muitas vezes melhor do que muitos sistemas atuais, com uma vantagem em seu separador inerente entre produtos de oxigênio e hidrogênio. Ele observou que pode ser de grande valor como uma forma de armazenar quimicamente a energia de usinas solares ou eólicas remotas que, de outra forma, seriam perdidas na transmissão.

O material também pode servir como base para plataformas de eletrocatálise eficientes para redução de dióxido de carbono ou oxigênio, ele disse.