A superfície dos eletrodos de platina muda muito mais durante o uso do que se pensava anteriormente. Em uma colaboração entre os Institutos de Química e Física de Leiden, químicos Leon Jacobse, Yi-Fan Huang e Marc Koper, e o físico Marcel Rost puderam mostrar isso pela primeira vez. Publicação em Materiais da Natureza .

Eletrodos de platina são o núcleo dos eletrolisadores, que convertem eletricidade em hidrogênio, e de células de combustível, que convertem hidrogênio em eletricidade; estes são dispositivos que irão desempenhar um papel fundamental no fornecimento de energia sustentável, em aplicações como carros a hidrogênio. Há um problema, Contudo, a saber, que o desempenho dos eletrodos de platina diminui com o uso, o que significa que os eletrodos devem ser substituídos periodicamente. Este é um negócio caro, portanto, os fabricantes estão tentando desenvolver eletrodos melhores. Contudo, carecem do conhecimento fundamental para poder conceber alternativas eficazes.

Os pesquisadores agora revelaram parte do processo de rugosidade dos eletrodos de platina em tensões variáveis, embora mais pesquisas sejam necessárias para compreender totalmente esse processo. Essa percepção ajudará os fabricantes a desenvolver eletrodos que têm uma vida útil mais longa.

Os experimentos foram baseados em um modelo de eletrodo de platina:uma única superfície de platina cristalina do tamanho de um centavo de euro que tem uma estrutura atômica muito regular. Aumentando primeiro o potencial elétrico do eletrodo e, em seguida, diminuindo-o, a platina oxida e reduz sucessivamente, em que óxidos se formam na superfície, e, posteriormente, reduzir. Isso é até certo ponto comparável ao que acontece quando uma célula de combustível ou eletrolisador é ligado e desligado.

Um aspecto novo desta pesquisa é que durante cada experimento não apenas a corrente foi medida, mas também a mudança da superfície da platina no nível atômico foi observada simultaneamente, usando um microscópio de tunelamento feito em casa. Medir e observar são geralmente duas atividades separadas que ocorrem em diferentes estágios, mas combiná-los dá aos pesquisadores uma oportunidade única de compreender o processo passo a passo.

Os pesquisadores observaram nos experimentos que, após oito ciclos de aumento e diminuição da tensão, numerosas minúsculas ilhas 2-D de platina formadas sobre a platina original mais ou menos plana. Após cerca de trinta ciclos, as ilhas se expandiram tanto que cobrem quase toda a superfície original. Depois disso, eles aumentam ainda mais a cada ciclo, particularmente em altura, até 170 ciclos.

A data, pesquisadores e fabricantes de eletrodos prepararam um eletrodo de platina limpo aplicando cerca de 20 ciclos. Embora ainda haja quem pense que os eletrodos permanecem lisos, sempre houve indicações de que algum tipo de aspereza deve ocorrer. A pesquisa de Leiden fornece muitos insights sobre o quão áspera é realmente a superfície e como ela se desenvolve, e também demonstra que este processo de rugosidade continua.

Outra descoberta surpreendente é que a reatividade do eletrodo no início aumenta mais rapidamente do que o crescimento das ilhas, e que depois disso a aspereza aumenta ainda mais, mas a reatividade permanece constante, até, como esperado, após cerca de 20 ciclos, eles se equilibram. Os pesquisadores de Leiden esperam que a pesquisa de acompanhamento os ajude a explicar isso. Eles também querem estudar o que acontece com a estrutura do eletrodo de platina enquanto uma reação eletroquímica contínua ocorre simultaneamente, comparável com a situação em uma célula de combustível ou eletrolisador na prática.