Romper as ligações entre o oxigênio e o hidrogênio na água pode ser a chave para a criação de hidrogênio de maneira sustentável, mas encontrar uma técnica economicamente viável para isso tem se mostrado difícil. Os pesquisadores relatam um novo catalisador gerador de hidrogênio que supera muitos dos obstáculos - abundância, estabilidade em condições ácidas e eficiência.

No jornal Angewandte Chemie , pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign relatam um material eletrocatalítico feito da mistura de compostos metálicos com uma substância chamada ácido perclórico.

Os eletrolisadores usam eletricidade para quebrar as moléculas de água em oxigênio e hidrogênio. Os mais eficientes desses dispositivos usam ácidos corrosivos e materiais de eletrodo feitos de compostos metálicos de óxido de irídio ou óxido de rutênio. O óxido de irídio é o mais estável dos dois, mas o irídio é um dos elementos menos abundantes na Terra, portanto, os pesquisadores estão em busca de um material alternativo.

"Muito do trabalho anterior foi realizado com eletrolisadores feitos de apenas dois elementos - um metal e oxigênio, "disse Hong Yang, um co-autor e professor de engenharia química e biomolecular em Illinois. "Em um estudo recente, descobrimos que se um composto tem dois elementos metálicos - ítrio e rutênio - e oxigênio, a taxa de reação de divisão da água aumentou. "

Yao Qin, um co-autor e ex-membro do grupo de Yang, Primeiro experimentei o procedimento para fazer este novo material usando diferentes ácidos e temperaturas de aquecimento para aumentar a taxa da reação de divisão da água.

Os pesquisadores descobriram que quando usaram ácido perclórico como catalisador e deixaram a mistura reagir sob o calor, a natureza física do produto rutenato de ítrio mudou.

“O material ficou mais poroso e também teve uma nova estrutura cristalina, diferente de todos os catalisadores sólidos que fizemos antes, "disse Jaemin Kim, o autor principal e um pesquisador de pós-doutorado. O novo material poroso que a equipe desenvolveu - um óxido pirocloro de rutenato de ítrio - pode dividir as moléculas de água a uma taxa mais alta do que o padrão atual da indústria.

"Por causa do aumento da atividade que promove, uma estrutura porosa é altamente desejável quando se trata de eletrocatalisadores, "Yang disse." Esses poros podem ser produzidos sinteticamente com modelos do tamanho de nanômetros e substâncias para fazer cerâmica; Contudo, aqueles não podem suportar as condições de alta temperatura necessárias para fazer catalisadores sólidos de alta qualidade. "

Yang e sua equipe examinaram a estrutura de seu novo material com um microscópio eletrônico e descobriram que é quatro vezes mais poroso do que o rutenato de ítrio original que desenvolveram em um estudo anterior, e três vezes a dos óxidos de irídio e rutênio usados ​​comercialmente.

"Foi surpreendente descobrir que o ácido que escolhemos como catalisador para essa reação acabou melhorando a estrutura do material usado para os eletrodos, "Yang disse." Essa constatação foi fortuita e muito valiosa para nós. "

As próximas etapas para o grupo são fabricar um dispositivo em escala de laboratório para testes adicionais e continuar a melhorar a estabilidade do eletrodo poroso em ambientes ácidos, Yang disse.

"A estabilidade dos eletrodos em ácido sempre será um problema, mas sentimos que descobrimos algo novo e diferente em comparação com outros trabalhos nesta área, "Yang disse." Este tipo de pesquisa será bastante impactante em relação à geração de hidrogênio para energia sustentável no futuro. "

Estudante de pós-graduação Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand e o pesquisador do Laboratório Nacional de Argonne, Cheng-Jun Sun, também contribuíram para esta pesquisa.