p A eletroquímica está desempenhando um papel cada vez mais importante:sejam células de combustível, eletrólise ou armazenamento de energia química, reações químicas controladas por corrente elétrica são utilizadas. O fator decisivo em todas essas aplicações é que as reações sejam as mais rápidas e eficientes possíveis. p Um passo importante foi dado por uma equipe da TU Wien (Viena) e DESY em Hamburgo:Eles mostraram que um material especial feito de lantânio, estrôncio, ferro e oxigênio podem ser alternados entre dois estados diferentes:Em um estado, o material é cataliticamente extremamente ativo, no outro, nem tanto. A razão para isso é o comportamento de minúsculas nanopartículas de ferro na superfície, que agora foi demonstrado em experimentos no alemão Electron Synchrotron DESY em Hamburgo. Essa descoberta agora deve permitir o desenvolvimento de catalisadores ainda melhores. O resultado foi publicado na revista Nature Communications .

p A tensão elétrica faz com que os íons de oxigênio migrem

p "Há anos usamos perovskitas em nossos experimentos eletroquímicos, "diz o Prof. Alexander Opitz do Instituto de Tecnologias Químicas e Analíticas." As perovskitas são uma classe de materiais muito diversa, alguns deles são excelentes catalisadores. "A superfície das perovskitas pode ajudar a colocar certos reagentes em contato uns com os outros - ou a separá-los novamente." Acima de tudo, perovskitas têm a vantagem de serem permeáveis ​​aos íons de oxigênio. Portanto, eles podem conduzir corrente elétrica, e estamos aproveitando isso. "

p Quando uma voltagem elétrica é aplicada à perovskita, íons de oxigênio são liberados de seu lugar dentro do cristal e começam a migrar através do material. Se a tensão exceder um certo valor, isso faz com que os átomos de ferro da perovskita também migrem. Eles se movem para a superfície e formam pequenas partículas lá, com um diâmetro de apenas alguns nanômetros. Essencialmente, essas nanopartículas são excelentes catalisadores.

p "O interessante é que, se invertermos a voltagem elétrica, a atividade catalítica diminui novamente. E até agora a razão para isso não estava clara, "diz Alexander Opitz." Algumas pessoas suspeitaram que os átomos de ferro simplesmente migrariam de volta para o cristal, mas isso não é verdade. Quando o efeito ocorre, os átomos de ferro não precisam deixar seu lugar na superfície material. "

p Análise com raios-X em DESY

p A equipe de pesquisa da TU Wien colaborou com uma equipe do Electron Synchrotron em Hamburgo (DESY) para analisar com precisão a estrutura das nanopartículas com raios-X enquanto os processos químicos acontecem. Descobriu-se que as nanopartículas mudam para frente e para trás entre dois estados diferentes - dependendo da voltagem aplicada:"Podemos alternar as partículas de ferro entre um estado metálico e um oxidado, "diz Opitz. A voltagem aplicada determina se os íons de oxigênio no material são bombeados para as nanopartículas de ferro ou para longe delas. Isso permite controlar quanto oxigênio está contido nas nanopartículas, e dependendo da quantidade de oxigênio, as nanopartículas podem formar duas estruturas diferentes - uma rica em oxigênio, com baixa atividade catalítica, e pobre em oxigênio, ou seja, metálico, que é cataliticamente muito ativo.

p "Esta é uma descoberta muito importante para nós, "diz ele." Se a mudança entre os dois estados fosse causada pelos átomos de ferro da nanopartícula se difundindo de volta para o cristal, temperaturas muito altas seriam necessárias para que esse processo funcionasse com eficiência. Agora que entendemos que a mudança de atividade não está relacionada à difusão de átomos de ferro, mas à mudança entre duas estruturas cristalinas diferentes, também sabemos que temperaturas comparativamente baixas podem ser suficientes. Isso torna esse tipo de catalisador ainda mais interessante porque pode ser usado para acelerar reações tecnologicamente relevantes. "

p Do hidrogênio ao armazenamento de energia

p Este mecanismo catalítico deve ser investigado posteriormente, também para materiais com composições ligeiramente diferentes. Isso pode aumentar a eficiência de muitos aplicativos. “Isso é particularmente interessante para reações químicas que são importantes no setor de energia, "diz Opitz." Por exemplo, quando se trata da produção de hidrogênio ou gás de síntese, ou para armazenamento de energia através da produção de combustível com corrente elétrica. "