Crédito:American Chemical Society
Um novo catalisador pode diminuir drasticamente o custo de produção de hidrogênio, um dos combustíveis renováveis mais limpos. Com base em sulfeto de molibdênio, o catalisador foi desenvolvido por um grupo do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais, liderado por Shi Jie Wang.
O novo catalisador pode revolucionar o uso industrial da reação de evolução de hidrogênio (HER), que gera gás hidrogênio ao dividir as moléculas de água. Os catalisadores mais eficientes para HER usam metais nobres, como platina, que são proibitivamente caros para a produção em grande escala. A produção global atual de hidrogênio é estimada em 50 milhões de toneladas, mas a demanda pode decolar se os custos de produção puderem ser reduzidos para torná-lo competitivo como combustível para transporte.
"Estamos explorando intensamente catalisadores feitos com materiais abundantes na Terra com desempenhos HER comparáveis aos de metais nobres, "diz Wang.
O sucesso da equipe veio quando eles encontraram uma nova forma cristalina de sulfeto de molibdênio, com composição Mo 6 S 4 .
A estrutura comum, dissulfeto de molibdênio (MoS 2 ), inicialmente mostrou-se promissor como catalisador, mas foi limitado pela baixa eficiência de adsorção de hidrogênio à superfície. A transferência de carga elétrica - central para o processo de catálise - também se mostrou lenta.
Inesperadamente, pesquisadores encontraram MoS 2 a catálise ocorreu de forma mais eficiente nas bordas do material ou em falhas na rede onde havia elétrons desemparelhados.
Isso levou Wang e sua equipe a tentar apresentar o MoS 2 falhas, variando a proporção de molibdênio para enxofre. Em uma proporção específica, eles ficaram surpresos ao descobrir que, em vez de MoS defeituoso 2 , eles haviam produzido um cristal bidimensional regular.
Examinando a estrutura com um microscópio de tunelamento de varredura, a equipe encontrou uma estrutura de treliça quadrada feita de unidades repetidas de Mo 6 S 4 —Bastante diferente do MoS 2 estrutura de rede hexagonal de.
A modelagem da estrutura quadrada sugeriu que seria um catalisador eficiente, como suas características eram mais próximas de metais como a platina do que o MoS semelhante a semicondutor 2 .
Experimentos confirmaram o desempenho de Mo 6 S 4 :a tensão necessária para conduzir a reação HER era de cerca de 0,1 volts, 50 por cento mais baixo do que o MoS de treliça defeituosa 2 , e se aproximando da platina (~ 0,05 volts).
"Não é tão bom quanto a platina, mas considerando que é muito barato e muito estável, Acho que tem um grande potencial, "Disse Wang.
