Nanomateriais que aceleram a produção de gás hidrogênio foram criados por pesquisadores da A * STAR e NTU. Este trabalho pode ajudar a desenvolver tecnologias mais eficientes para a fabricação desse combustível limpo.

Quando o hidrogênio queima, produz apenas água como subproduto, tornando-o um combustível limpo atraente para veículos e outras aplicações de energia. Contudo, a maior parte do hidrogênio do mundo é atualmente produzida usando combustíveis fósseis em um processo que emite grandes quantidades de dióxido de carbono do gás de efeito estufa.

Os pesquisadores estão, portanto, olhando para fazer hidrogênio dividindo a água usando eletricidade gerada por fontes renováveis. Esses sistemas de eletrólise normalmente usam eletrodos contendo catalisadores, que aceleram a produção de hidrogênio e reduzem a quantidade de eletricidade necessária para conduzir a reação de evolução do hidrogênio - uma das duas reações envolvidas na divisão da água.

Agora, Yonghua Du, do Instituto A * STAR de Ciências Químicas e de Engenharia, trabalhando com o grupo de Hua Zhang na Universidade Tecnológica de Nanyang, investigou as habilidades catalíticas de nanomateriais à base de seleneto de sulfeto de rênio.

Os pesquisadores se concentraram em uma fase que contém cadeias em zigue-zague de átomos de rênio entre camadas empenadas de enxofre e selênio. Eles usaram um reagente químico para inserir o lítio entre essas camadas atômicas. Adicionar água desencadeou uma reação que separou pontos de material de apenas 2 nanômetros de tamanho.

A equipe então testou nanopartículas contendo proporções variáveis ​​de enxofre e selênio. O material com quantidades iguais de enxofre e selênio teve o melhor desempenho catalítico, exigindo a tensão mais baixa para catalisar a reação de evolução de hidrogênio. Este material em particular também era altamente estável, mostrando perda de desempenho insignificante mesmo após 20, 000 ciclos de teste.

Para compreender as origens desta atividade catalítica, A equipe de Du usou a espectroscopia de absorção de raios-X para estudar o arranjo dos átomos nas nanopartículas. Eles descobriram que o processo usado para criar as nanopartículas também pode criar defeitos, eliminando os átomos de enxofre da estrutura do material.

O grupo de Zhang realizou mais experimentos e cálculos teóricos para mostrar que esses defeitos melhoraram a atividade catalítica das nanopartículas, permitindo que uma carga se acumulasse nos átomos de rênio próximo ao local do enxofre ausente (ver imagem).

"A engenharia de defeitos provou ser uma das maneiras mais eficazes de melhorar a atividade dos catalisadores para a reação de evolução eletrocatalítica do hidrogênio, e a espectroscopia de absorção de raios-X é uma técnica chave para desvendar os defeitos em nanomateriais, "diz Zhang.

Os pesquisadores dizem que esta abordagem para compreender a atividade catalítica deve ajudar no projeto e na síntese de outros eletrocatalisadores de alto desempenho.