p Como uma regra, a maioria dos materiais catalisadores se deterioram durante os ciclos catalíticos repetidos - eles envelhecem. Mas também existem compostos que aumentam seu desempenho ao longo da catálise. Um exemplo é a eritrita mineral, um composto mineral que compreende óxidos de cobalto e arsênio com uma fórmula molecular de (Co ₃ (AsO ₄ ) ² ∙ 8H ₂ O). O mineral se destaca pela cor roxa. A eritrita se presta a acelerar a geração de oxigênio no ânodo durante a divisão eletrolítica da água em hidrogênio e oxigênio. p Amostras da Costa Rica

p O jovem grupo de pesquisadores liderado pelo Dr. Marcel Risch no HZB, junto com grupos da Costa Rica, agora analisou esses materiais minerais catalisadores em detalhes no BESSY II e fez uma descoberta interessante.

p Usando amostras produzidas por colegas na Costa Rica, consistindo de minúsculos cristais de eritrita em pó, Javier Villalobos, estudante de doutorado do grupo de Risch no HZB, revestiu os eletrodos com este pó. Ele então os examinou antes, no decorrer, e depois de centenas de ciclos de eletrólise em quatro eletrólitos de pH neutro diferentes, incluindo água com gás comum (água gaseificada).

p Perda da estrutura original

p Hora extra, a superfície de cada camada cataliticamente ativa exibiu mudanças claras em todos os eletrólitos. A estrutura cristalina original foi perdida, como mostrado por imagens do microscópio eletrônico de varredura, e mais íons de cobalto mudaram seu número de oxidação devido à voltagem aplicada, que foi determinado eletroquimicamente. O aumento do rendimento de oxigênio também foi demonstrado ao longo do tempo em água com gás (água carbonatada), embora apenas naquele eletrólito. O catalisador melhorou claramente.

p Observações em BESSY II

p Com análises em BESSY II, os pesquisadores agora são capazes de explicar por que isso aconteceu:usando espectroscopia de absorção de raios-X, eles examinaram o ambiente atômico e químico em torno dos íons cobalto. As amostras mais ativas perderam sua estrutura cristalina de eritrita original e foram transformadas em uma estrutura menos ordenada que pode ser descrita como plaquetas com apenas dois átomos de espessura. Quanto maiores essas plaquetas se tornam, mais ativa era a amostra. Os dados ao longo dos ciclos de catálise mostraram que o número de oxidação do cobalto nessas plaquetas aumentou mais na água com gás, de 2,0 a 2,8. Uma vez que óxidos com um número de oxidação de 3 são conhecidos por serem catalisadores muito bons, isso explica a melhoria em relação aos catalisadores que se formaram nos outros eletrólitos.

p Rendimento de oxigênio dobrou

p Na água com gás, o rendimento de oxigênio por íon cobalto diminuiu por um fator de 28 em 800 ciclos, mas, ao mesmo tempo, 56 vezes mais átomos de cobalto mudaram seu número de oxidação eletroquimicamente. Macroscopicamente, a geração de corrente elétrica e, portanto, o rendimento de oxigênio do eletrodo dobrou.

p De agulhas a queijo suíço

p Em poucas palavras, Risch explica:"Com o tempo, o material se torna como o queijo suíço com muitos buracos e uma área de superfície maior, onde muitas outras reações podem ocorrer. Mesmo que os centros individuais cataliticamente ativos se tornem um pouco mais fracos ao longo do tempo, a maior área de superfície significa que muitos mais centros potenciais cataliticamente ativos entram em contato com o eletrólito e aumentam o rendimento. "

p Risch sugere que tais mecanismos também podem ser encontrados em muitas outras classes de materiais que consistem em compostos não tóxicos, que podem ser desenvolvidos em catalisadores adequados.

p O estudo foi publicado em Materiais de energia avançada .