Os pesquisadores consideraram a regeneração, ou autocura - a capacidade do catalisador de se reparar espontaneamente durante as operações normais - ser a característica mais atraente. Crédito:EPFL
Os pesquisadores que trabalham na NCCR MARVEL descobriram um catalisador de autocura que pode ser usado para liberar hidrogênio por meio da desidrogenação hidrolítica de amônia borano. O catalisador, SION-X, é baseado no abundante mineral Jacquesdietrichita, é sustentável, estável ao ar e pode ser facilmente regenerado, armazenados e manuseados. Essas características significam que ele pode oferecer vantagens significativas sobre os catalisadores existentes usados na produção do hidrogênio transportador de energia limpa e renovável. A pesquisa foi publicada no Journal of Materials Chemistry A .
Hidrogênio (H 2 ) é um portador de energia limpa e renovável e é considerado um candidato ideal para futuras aplicações móveis e fixas. O uso em larga escala requer armazenamento seguro e eficiente e liberação de H 2 , Contudo, e isso continua sendo um desafio, apesar da investigação em vários sistemas de armazenamento de hidrogênio.
Nos últimos anos, algumas pesquisas se concentraram em compostos de hidreto à base de boro e nitrogênio (B-N), porque eles são capazes de armazenar e liberar quantidades significativas de H 2 . Dos compostos, o mais simples, amônia borano (AB), é particularmente promissor porque não sofre de auto-hidrólise na água, tem um H alto 2 contente, baixo peso molecular, não é tóxico e tem estabilidade particularmente alta em soluções aquosas e no ar - tem grande potencial para aplicações a bordo em transporte.
A hidrólise à temperatura ambiente provou ser o método mais benigno e eficiente de liberar hidrogênio do AB, evitando o uso de temperaturas elevadas ou qualquer outro solvente tóxico e caro. Um catalisador é frequentemente necessário, no entanto, para conduzir a hidrólise de AB. E embora exista uma gama de catalisadores capazes de liberar hidrogênio de forma eficiente de AB, eles sofrem de uma série de desvantagens. Aqueles baseados em metais nobres são caros, não sustentável, e impraticável para aplicações em grande escala. Os catalisadores de metais não nobres são sensíveis ao ar e podem ser facilmente oxidados e, portanto, requerem manuseio e armazenamento especiais, e pode ser difícil de regenerar. No topo disso, a atividade catalítica é parcialmente diminuída ou mesmo completamente desativada após alguns ciclos da reação, Como, por exemplo, no caso de metais de transição abundantes em terra.
Essas desvantagens motivaram os pesquisadores, liderado pelo Dr. Kyriakos C. Stylianou da EPFL e NCCR MARVEL, para tentar encontrar catalisadores melhores. Os candidatos ideais devem ser baseados em elementos abundantes, ar estável, e facilmente regenerado, armazenados e manuseados. De todos esses pontos fortes, os pesquisadores consideraram a regeneração, ou autocura - a capacidade do catalisador de se reparar espontaneamente durante as operações normais - para ser o mais atraente. De fato, é fundamental para aplicações práticas porque a estabilidade do catalisador está diretamente ligada à sua viabilidade econômica.
Seu romance, catalisador sustentável de autocura, descrito no artigo Discovery of a Self-heal Catalyst for the Hydrolytic Deshydrogenation of Ammonia Borane, parece se encaixar na conta. O catalisador, apelidado de SION-X, é a forma sintética da Jacquesdietriquita (Cu 2 [(BO) (OH) 2] (OH) 3 ), um mineral encontrado pela primeira vez na mina Tachgagalt no Marrocos em 1999. Os cientistas o obtiveram pela primeira vez como um pó azul após expor o resíduo da reação entre uma estrutura metal-orgânica à base de cobre (MOF) e AB ao ar livre. Quando eles usaram SION-X na hidrólise de AB, eles obtiveram mais de 90% de conversão de H 2 em cerca de 45 minutos. Durante o processo, ele se transformou em nanopartículas de cobre (0). Quando a mistura de reação foi então exposta ao ar, o pó azul de SION-X foi auto-curado e reformado a partir de nanopartículas de cobre (0). Eles foram capazes de realizar 10 ciclos de regeneração por catálise com a atividade de SION-X permanecendo inalterada.
Este processo de autocura, em que o catalisador restaurou sua integridade estrutural ao ar livre sem aplicar calor, pressão ou polarização elétrica, é extremamente importante para prolongar a vida útil do catalisador e torna o SION-X um bom candidato para uso na desidrogenação hidrolítica em larga escala de AB.
"A catálise de autocura de SION-X na ausência de qualquer entrada de energia extra oferece uma nova perspectiva na catálise heterogênea para aplicações relacionadas à energia, "disseram os pesquisadores.
