Os pesquisadores da Northwestern University desenvolveram um método mais eficiente e estável para conduzir reações eletrocatalíticas.

A tecnica, que fluidiza as partículas de catalisador no eletrólito em vez de colá-las aos eletrodos, evita um declínio rápido no desempenho da reação - um fenômeno que os pesquisadores chamam de fadiga. A abordagem pode melhorar os processos de produção para eletrólise e conversão e armazenamento eletroquímico de energia.

"Tem havido um grande esforço para encontrar novos catalisadores de alto desempenho que também possam suportar melhor as reações eletroquímicas, "disse Jiaxing Huang, professor de ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering, quem liderou a pesquisa. "Desenvolvemos uma abordagem drasticamente diferente para tornar a eletrocatálise menos propensa a deterioração - não encontrando outro material novo, mas fazendo a reação de maneira diferente. "

O estudo, intitulado "Eletrocatálise Fluidizada, "foi publicado em 10 de fevereiro na revista Química CCS e destaque na capa da edição de fevereiro.

Em uma configuração de eletrocatálise típica, uma vez que os materiais catalíticos são colados no eletrodo, eles são embebidos em eletrólito e sofrem uma reação estimulada por uma voltagem. Uma vez que a tensão é continuamente aplicada através do eletrodo, os materiais sofrem estresse eletroquímico contínuo. Hora extra, seu desempenho catalítico pode diminuir devido a danos estruturais acumulados no eletrodo como um todo, ou em partículas individuais.

A abordagem da equipe evita o estresse contínuo, fluidizando as partículas no eletrólito. Agora as partículas funcionam em rotação, experimentando estresse eletroquímico apenas momentaneamente ao colidir com o eletrodo. Coletivamente, a saída dos eventos de colisão individuais se fundem em uma corrente eletroquímica contínua e estável.

"A eletrocatálise fluidificada rompe o continuum espacial e temporal das reações eletroquímicas, tornando os catalisadores mais eficientes ", disse Huang." A fluidização também reduz o limite de transporte de massa dos reagentes para o catalisador, já que as partículas estão nadando no eletrólito. "

Huang testou suas ideias usando um conhecido, catalisador disponível comercialmente denominado Pt / C, que é feito de pó de negro de fumo decorado por nanopartículas de platina para catalisar a evolução do oxigênio, evolução do hidrogênio, e reações de oxidação do metanol. Essas três reações eletroquímicas, quando catalisado por Pt / C, normalmente sofrem de queda severa de desempenho, mas todos mostraram maior eficiência e estabilidade quando as partículas foram fluidizadas.

"A nova estratégia faz com que um catalisador instável ofereça um desempenho estável para todas as três reações do modelo. Foi uma prova de conceito empolgante, "disse Yi-Ge Zhou, o primeiro autor do artigo e um ex-pós-doutorando visitante no grupo de Huang. "Quando calculamos a eficiência de uma única partícula para algumas dessas reações, era pelo menos três ordens de magnitude maior do que as partículas fixas. Em vez de estressá-los, demos às partículas uma chance de relaxar, e eles se tornaram muito mais eficientes como resultado. "

Embora seja necessário mais trabalho para identificar os tipos de reações eletroquímicas que poderiam maximizar melhor o benefício da eletrocatálise fluidizada, Huang acredita que seu método pode ser aplicado a uma variedade de diferentes tipos de materiais e produzir de forma mais eficiente, reações eletrocatalíticas mais duradouras. Isso pode levar a processos de síntese eletroquímica aprimorados, que desempenham um papel importante na conversão de energia em produtos químicos para armazenamento de energia em grande escala.

"Espero que outros pesquisadores considerem nosso método para reavaliar seus catalisadores. Seria emocionante ver catalisadores anteriormente considerados inutilizáveis ​​se tornando utilizáveis, "Huang disse.