A reação de evolução de oxigênio (OER) e a reação de redução de oxigênio (ORR) podem ser consideradas dois troféus no campo da utilização eficiente da energia do hidrogênio. Contudo, em OER ácido, alto potencial aplicado era necessário e a estabilidade do catalisador é muito pobre, o que resultou na cinética lenta. Com catalisador Ru, o processo é significativamente acelerado. Crédito:CUI Jie
O combustível de hidrogênio é limpo, renováveis e de alta eficiência. A eletrólise da água é uma maneira ideal de produzir hidrogênio, ainda assim, requer catalisadores ativos e estáveis que tornam esse processo mais eficiente e barato. Sem catalisadores adequados, transformar água em combustível só parece bom demais para ser verdade.
Felizmente, um estudo recente está aproximando esse sonho. A equipe do professor Wu Yuen da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) preparou com sucesso um tipo de catalisador de liga de átomo único de Rutênio, o que acelera bastante o processo de eletrólise da água com menor overpotential (220 mV).
O grupo preparou com sucesso um catalisador de Rutênio (Ru) de um único átomo por engenharia de defeitos de superfície para capturar e estabilizar átomos individuais. O catalisador de Ru de átomo único fornece um sobrepotencial 90 mV inferior para atingir uma densidade de corrente de 10 mA / cm 2 , e uma ordem de magnitude com uma vida útil mais longa do que a do RuO comercial 2 .
Neste estudo, os pesquisadores construíram uma série de Ru1 com suporte de liga usando diferentes ligas de PtCu por meio de corrosão ácida sequencial e lixiviação eletroquímica. Eles também encontraram uma relação vulcânica entre a atividade da reação de evolução de oxigênio (OER) e a constante de rede das ligas PtCu. As investigações da teoria funcional da densidade revelam que a deformação compressiva do escudo Pt-skin projeta a estrutura eletrônica do Ru1, permitindo uma ligação otimizada de espécies de oxigênio e melhor resistência à sobre-oxidação e dissolução.
Ru foi atomicamente disperso em um suporte de metal. Em ambiente de eletrólito ácido, moléculas de água foram adsorvidas no átomo de Ru do sítio ativo sob o potencial aplicado, e então o catalisador de Ru de átomo único aumenta a eletrólise de água ácida, produzindo oxigênio por meio do mecanismo OOH. (Roxa, azul, bolas vermelhas e brancas representam Ru, Pt, Átomos de O e H, respectivamente.) Crédito:WU Yuen
Comparado com sistemas baseados em Iridium, que têm melhor resistência à dissolução, Os baseados em Ru têm reservas mais abundantes e foram avaliados como um catalisador de REA mais ativo devido ao seu baixo potencial.
Esta pesquisa torna a produção de hidrogênio por meio da eletrólise da água mais fácil e eficiente, e permite que as pessoas vejam o grande potencial do hidrogênio como uma nova energia alternativa no futuro.
No entanto, até agora, o problema de estabilidade do catalisador não foi completamente resolvido. "Ainda existem muitas explorações para melhorar ainda mais o sistema de reação e vamos continuar projetando experimentos e tentando encontrar a melhor maneira de aumentar a atividade e estabilidade dos catalisadores." disse Ph.D. YAO.
