Um revestimento poroso à base de cério aumenta a durabilidade dos catalisadores formadores de oxigênio, ao mesmo tempo que mantém sua atividade de separação de água inerente.

A eficiência de separar hidrogênio e oxigênio da água pode ser aumentada usando eletrocatalisadores econômicos que combinam alto desempenho e robustez. Pesquisadores da KAUST desenvolveram um revestimento que protege os catalisadores de separação de água dedicados à chamada evolução de oxigênio, sem reduzir sua atividade eletroquímica.

O hidrogênio carrega energia substancial. Esforços extensos para isolar da água esta fonte promissora de combustível limpo levaram a abordagens eletroquímicas, tais como eletrólise de água e divisão de água por luz. Esses métodos geralmente dependem da formação de hidrogênio no cátodo e da evolução do oxigênio no ânodo. Contudo, ao contrário de sua contraparte de hidrogênio, a evolução do oxigênio é geralmente lenta e requer um potencial excessivo significativo, o que significa que o ânodo consome mais energia do que o estimado termodinamicamente. Isso dificulta a produção geral de hidrogênio.

Catalisadores de óxido de níquel-ferro, como NiFeOx, têm se mostrado altamente ativos para a reação anódica, mas são instáveis ​​sob condições oxidativas adversas. A exposição a excesso de voltagem ou soluções alcalinas faz com que esses catalisadores percam espécies contendo ferro, que se dissolvem dos locais ativos e se tornam gradualmente desativados.

Abordar esta questão, Ph.D. o estudante Keisuke Obata e o Professor de Ciência Química Kazuhiro Takanabe desenvolveram um revestimento protetor para um ânodo NiFeOx. A fina camada de óxido de cério (CeOx) consistia em minúsculas partículas agregadas em uma estrutura porosa que permitia que apenas as moléculas de oxigênio geradas escapassem.

De acordo com Takanabe, seu grupo de pesquisa geralmente apresenta recursos funcionais em nanoescala nas superfícies dos eletrodos de divisão de água para melhorar o desempenho. "Nosso grupo encontrou muitos revestimentos nanoestruturados para o cátodo de evolução de hidrogênio, mas nenhum que pudesse cobrir de forma estável a superfície do ânodo de evolução de oxigênio, " ele diz.

Com base em sua experiência nos revestimentos catódicos, os pesquisadores criaram um novo revestimento para o catalisador de evolução de oxigênio:deposição anódica de íons Ce3 +, que foram oxidados e precipitados como uma camada de CeOx sob tensão aplicada. "Não esperávamos que as espécies de cério melhorassem a estabilidade dos catalisadores de óxido de níquel-ferro no início do projeto, "diz Obata, observar que, embora a estabilidade seja um fator importante para a reatividade da catálise, é crítica.

A camada CeOx manteve a reatividade intrínseca do eletrocatalisador por baixo e, consequentemente, apenas adicionou permeabilidade seletiva e durabilidade ao eletrodo. Um fenômeno semelhante ocorreu para um eletrocatalisador de cobalto anódico revestido com CeOx, o que significa que essa deposição funcionará em vários catalisadores de evolução de oxigênio.

A equipe de Takanabe está atualmente investigando diferentes materiais para aperfeiçoar as propriedades de seu revestimento. "Estamos testando nossos materiais em condições relevantes para a indústria, " ele adiciona.