Um estudo recente, afiliado ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan da Coréia do Sul (UNIST), relatou um eletrocatalisador de Fe à base de fosfato ₃ Co (PO ₄ ) ₄ / óxido de grafeno reduzido (rGO) (1) para OER, que é previsto ser altamente ativo pela teoria do funcional da densidade (DFT).

Tem havido muito interesse no 'hidrogênio que quebra as moléculas de água para gerar eletricidade' como uma energia ambientalmente correta para substituir os combustíveis fósseis. Ao mesmo tempo, é importante aumentar a eficiência da reação de decomposição da água para usar menos eletricidade, e catalisadores baratos de alto desempenho foram desenvolvidos para ajudar nas reações importantes de geração de oxigênio.

Uma equipe de pesquisa, liderado pelo Distinto Professor Kwang S. Kim na Escola de Ciências Naturais da UNIST relatou um eletrocatalisador de Fe à base de fosfato ₃ Co (PO ₄ ) ₄ / óxido de grafeno reduzido (rGO) (1) para OER, que é previsto ser altamente ativo pela teoria do funcional da densidade (DFT). O novo catalisador é atraente, com uma melhoria de desempenho de 25% em relação aos catalisadores caros disponíveis comercialmente.

Na reação de decomposição da água, reações produtoras de hidrogênio e oxigênio ocorrem simultaneamente. Contudo, a reação de geração de oxigênio dos dois é relativamente lenta para diminuir a eficiência da reação geral de decomposição da água. Para superar esse problema, óxido de irídio (IrO₂) e óxido de rutênio (RuO₂) são usados ​​como catalisadores para reações de geração de oxigênio para aumentar a taxa de reação, mas são menos estáveis ​​do que um desempenho excelente. Além disso, metais nobres caros como irídio e rutênio têm a limitação de seus componentes principais.

A equipe desenvolveu um novo catalisador gerador de oxigênio que usa materiais baratos e é altamente eficiente e estável. Sultan é um material em que o ferro (Fe), cobalto (Co) e ácido fosfórico (P) são colocados em um suporte de óxido de grafeno projetado por um pesquisador de química UNIST. De acordo com a direção da pesquisa, Hamilan, um pesquisador de química UNIST, usou um supercomputador para calcular materiais de várias composições que o ferro e o cobalto poderiam combinar com o ácido fosfórico.

No caso de um eletrocatalisador à base de fosfato, a reação de evolução do oxigênio ocorre nos átomos de ferro e cobalto. A distribuição de elétrons e ligações químicas em torno desses átomos determinam a eficiência da reação de evolução do oxigênio. Para os catalisadores recém-desenvolvidos, o ácido fosfórico adicionado foi calculado para otimizar esta fração. A equipe sintetizou esses materiais teoricamente previstos e os demonstrou experimentalmente.

O novo catalisador é mais de 25% mais eficiente do que os catalisadores comerciais de óxido de irídio. A eficiência catalítica é avaliada como "sobretensão, "a quantidade de energia elétrica adicional que entra na reação. O óxido de irídio exigiu 303 milivolts (mV) ao obter uma densidade de corrente de 100 miliamperes (mA) por 1 cm 2 de catalisador, mas apenas 237 mV para o novo catalisador. Este valor está próximo do valor teoricamente previsto.

O material recém-sintetizado tem excelente estabilidade e desempenho. Depois de mais de 5000 reações não mudaram significativamente estruturalmente, e mesmo após a reação por 70 horas não degradou a reatividade. Além disso, o suporte de óxido de grafeno que constitui o catalisador compensou a baixa condutividade elétrica de ferro / cobalto e ácido fosfórico, que apresentou melhor reatividade.

"Através deste estudo, desenvolvemos um catalisador que produz muito mais oxigênio do que um catalisador comercial caro e é várias centenas de vezes mais barato, "diz o distinto professor Kim." Será útil para o desenvolvimento de catalisadores para vários materiais de energia ecologicamente corretos, como células de combustível. "

Os resultados desta pesquisa foram publicados na edição de novembro de 2019 da Nature Communications .