Uma alternativa simples e de baixo custo aos caros catalisadores à base de platina que geram hidrogênio a partir da água poderá estar disponível em breve, graças aos pesquisadores do A * STAR.

Uma equipe do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais da A * STAR desenvolveu uma abordagem de uma etapa para sintetizar fosforetos de cobalto que exibem boa atividade eletroquímica na reação de evolução de hidrogênio (HER). "Ao contrário dos caros e escassos catalisadores à base de platina, esses catalisadores de cobalto funcionalizados com fósforo são particularmente promissores devido à sua estabilidade a longo prazo e adequação para implementação industrial em grande escala, "explica Yun Zong, que liderou a equipe com Zhaolin Liu.

O hidrogênio é uma energia densa, fonte de combustível limpa e renovável que desempenha um papel fundamental em muitos processos industriais, como a produção de amônia, bem como o processamento e refino de combustíveis fósseis. Ainda, é produzido predominantemente por meio da reforma a vapor do gás natural, uma extração de hidrocarbonetos em alta temperatura que emite dióxido de carbono em grandes quantidades.

Eletrólise de água e divisão de água por luz, que isolam o hidrogênio da água, surgiram como alternativas amigas do ambiente atraentes para este processo. Essas abordagens eletroquímicas dependem da formação lenta de oxigênio no ânodo concomitante com a reação de evolução de hidrogênio no cátodo. Contudo, embora a evolução do hidrogênio tenha se mostrado mais fácil em condições ácidas, eletrocatalisadores desenvolvidos para acelerar a reação anódica têm mostrado maior atividade em meios alcalinos. Em resposta a isso, a equipe desenvolveu fosfetos de cobalto nanoestruturados que são capazes de facilitar a reação de evolução de hidrogênio, independentemente do pH do meio aquoso.

Os pesquisadores elaboraram uma síntese fácil e escalável que produz catalisadores em uma única etapa. Nesta síntese de uma etapa, um composto contendo fósforo reage diretamente com sais de cobalto disponíveis comercialmente quando aquecido a 330 graus Celsius. Esta 'fosfidação' gás-sólido incomum produz uma mistura de compostos contendo cobalto, incluindo fosfetos mono- e bimetálicos, óxidos, e traços de metal com uma pequena quantidade de fosfina gasosa.

"Espera-se que cada uma dessas espécies de cobalto beneficie a atividade geral de HER, "diz Zong, observando que a maioria das reações de fosfidação gás-sólido fornecem apenas o derivado monometálico com baixos rendimentos. Ele acrescenta que as sínteses convencionais requerem várias etapas envolvendo a produção de um precursor de cobalto e a subsequente formação de fosforeto.

Além de integrar seus catalisadores à base de cobalto em um sistema de divisão de água, a equipe está atualmente trabalhando na triagem de outros sais de metais de transição e na otimização dos procedimentos sintéticos. "Esses protocolos podem ser estendidos para a fosfidação em uma etapa de outros sais de metal de transição, "diz Zong, adicionar essa visão sobre a fosfidação direta de sais de cobalto fornece informações valiosas para a futura síntese em larga escala de fosfetos de metais de transição.