Os cientistas sabem há muito tempo que a platina é de longe o melhor catalisador para dividir as moléculas de água para produzir gás hidrogênio. Um novo estudo realizado por pesquisadores da Brown University mostra por que a platina funciona tão bem - e não é essa a razão que foi presumida.

A pesquisa, publicado em Catálise ACS , ajuda a resolver uma questão de pesquisa de quase um século, dizem os autores. E poderia ajudar a projetar novos catalisadores para a produção de hidrogênio que são mais baratos e mais abundantes do que a platina. Isso poderia ajudar a reduzir as emissões de combustíveis fósseis.

"Se pudermos descobrir como fazer hidrogênio de maneira barata e eficiente, abre a porta para muitas soluções pragmáticas para combustíveis e produtos químicos livres de fósseis, "disse Andrew Peterson, professor associado da Escola de Engenharia de Brown e autor sênior do estudo. "O hidrogênio pode ser usado em células de combustível, combinado com o excesso de CO2 para fazer combustível ou combinado com nitrogênio para fazer fertilizante de amônia. Podemos fazer muito com o hidrogênio, mas para tornar a divisão da água uma fonte de hidrogênio escalável, precisamos de um catalisador mais barato. "

O projeto de novos catalisadores começa com a compreensão do que torna a platina tão especial para esta reação, Peterson diz, e é isso que esta nova pesquisa teve como objetivo descobrir.

O sucesso da Platinum há muito é atribuído à sua energia de ligação "Cachinhos Dourados". Os catalisadores ideais mantêm as moléculas reagentes nem muito frouxas nem muito tensas, mas em algum lugar no meio. Vincule as moléculas de maneira muito frouxa e será difícil iniciar uma reação. Amarre-os com muita força e as moléculas grudam na superfície do catalisador, tornando uma reação difícil de completar. A energia de ligação do hidrogênio na platina simplesmente equilibra perfeitamente as duas partes da reação de divisão da água - e por isso a maioria dos cientistas acredita que é esse atributo que torna a platina tão boa.

Mas havia razões para questionar se essa imagem estava correta, Peterson diz. Por exemplo, um material chamado dissulfeto de molibdênio (MoS2) tem uma energia de ligação semelhante à da platina, no entanto, é um catalisador muito pior para a reação de divisão da água. Isso sugere que a energia de ligação não pode ser a história completa, Peterson diz.

Para descobrir o que estava acontecendo, ele e seus colegas estudaram a reação de divisão da água em catalisadores de platina usando um método especial que desenvolveram para simular o comportamento de átomos e elétrons individuais em reações eletroquímicas.

A análise mostrou que os átomos de hidrogênio que estão ligados à superfície da platina na energia de ligação "Goldilocks" não participam da reação quando a taxa de reação é alta. Em vez de, eles se aninham dentro da camada cristalina da superfície da platina, onde eles permanecem espectadores inertes. Os átomos de hidrogênio que participam da reação são muito mais fracamente ligados do que a suposta energia "Cachinhos Dourados". E ao invés de se aninhar na rede, eles ficam sobre os átomos de platina, onde eles estão livres para se encontrarem para formar o gás H2.

É essa liberdade de movimento dos átomos de hidrogênio na superfície que torna a platina tão reativa, os pesquisadores concluem.

"O que isso nos diz é que procurar por essa energia de ligação 'Cachinhos Dourados' não é o princípio de design certo para a região de alta atividade, "Peterson disse." Sugerimos que o projeto de catalisadores que colocam o hidrogênio neste estado altamente móvel e reativo é o caminho a percorrer. "