Substituir o seu bebedor de gasolina do dia a dia por um carro movido a hidrogênio pode reduzir drasticamente sua pegada de carbono. Então, por que não fazemos a troca?

Uma das razões pelas quais não o fazemos é o caro catalisador de platina necessário para operar células de combustível de hidrogênio com eficiência.

Pesquisa liderada pelo Sandia National Laboratories e pela University of California, O objetivo da Merced era reduzir o custo das células de combustível de hidrogênio, usando um composto barato para criar uma superfície irregular que lembra as folhas de uma planta. A área adicional ajuda a catalisar o hidrogênio de forma quase tão eficiente quanto a platina.

Pesquisadores principais Stanley Chou, um cientista de materiais Sandia, e Vincent Tung, da UC Merced, solicitaram uma patente conjunta para o processo de impressão em spray, que usa dissulfeto de molibdênio barato. O aumento da área de superfície da "folha" ondulante cria três vezes mais pontos de contato catalítico do que outras estruturas de dissulfeto de molibdênio, e a nova criação pode lidar com temperaturas mais altas do que a platina sem sinterizar e grudar a célula.

O trabalho é parte de um esforço para abastecer carros movidos a hidrogênio de forma mais barata, desejável porque eles emitem água em vez de monóxido de carbono ou dióxido de carbono.

Natureza como aliada

O método de produção usa a natureza como aliada e não como obstáculo, Disse Chou. "No pensamento tradicional, forças como a gravidade, a viscosidade e a tensão superficial devem ser superadas para obter as formas manufaturadas que você deseja. Nós pensamos, em vez de pensar nessas forças como limitações, por que não usá-los para fazer algo útil? Então, nós fizemos."

Tung disse que o método usa processos naturais para produzir materiais para terminais de células de combustível extremamente baratos para liberar hidrogênio. "O processo de impressão também permite a deposição contínua, com a capacidade de escalar para a indústria, " ele disse.

A equipe misturou dissulfeto de molibdênio com água e usou o processo de impressão para expelir gotículas de tamanho mícron em uma área fechada com cerca de 60 centímetros de altura. Quando eles caíram, as gotículas primeiro se separaram em subunidades nanoscópicas. Estes secaram ainda mais à medida que caíam, seu volume encolhendo produzindo uma superfície 3-D desigual, muito parecida com as folhas das plantas, com pequenas cristas, Colinas, canais, cavernas e túneis. Aterrissando em um substrato e um no outro, as "folhas" ainda estavam úmidas o suficiente para se colar como se estivessem presas em pontos críticos por minúsculas gotas de cola. Assim, as nanoestruturas não perderam sua individualidade, mas sim, mantendo suas identidades, criaram minúsculos túneis dentro e entre eles que permitiram um acesso extraordinário para átomos de hidrogênio em busca de sua liberdade de ligações químicas.

A inspiração para a criação de uma forma 3-D bioinspirada surgiu do estudo do processo de dobramento da cutícula, um mecanismo usado pelas plantas para controlar a difusão e permeabilidade nas superfícies das folhas, Disse Chou.

"Vemos nosso catalisador como um material inorgânico agindo como uma planta. As nanoestruturas, como folhas, são variados em forma, com pequenas subidas e descidas, "disse ele." As estruturas absorvem um material externo para produzir hidrogênio em vez de oxigênio, e um dia pode ser alimentado pela luz do sol. "Agora, eletricidade de muito baixa voltagem faz o trabalho.

Dúvidas sobre a resistência da estrutura formada de maneira tão fortuita, Tung contou, foram resolvidos quando um estudante de 170 libras, sem querer, pisou em uma das primeiras criações de catalisador de dissulfeto de molibdênio quando ela acidentalmente caiu no chão. Algumas centenas de nanômetros de espessura, ele repousava sobre um substrato de carbono com um centímetro quadrado, mas estava desprotegido. A investigação eletrocromicroscópica mostrou que a minúscula estrutura não estava danificada. As "folhas" também têm se mostrado duradouras, continuando a produzir hidrogênio por seis meses.

O trabalho é tema de artigo técnico publicado online na revista. Materiais avançados .