p Uma nova maneira de ancorar átomos individuais de irídio à superfície de um catalisador aumentou sua eficiência na divisão de moléculas de água para níveis recordes, cientistas do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia e da Universidade de Stanford relataram hoje. p Foi a primeira vez que esta abordagem foi aplicada à reação de evolução de oxigênio, ou REA - parte de um processo chamado eletrólise que usa eletricidade para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. Se alimentado por fontes de energia renováveis, a eletrólise pode produzir combustíveis e matérias-primas químicas de forma mais sustentável e reduzir o uso de combustíveis fósseis. Mas o ritmo lento de REA tem sido um gargalo para melhorar sua eficiência para que possa competir no mercado aberto.

p Os resultados deste estudo podem aliviar o gargalo e abrir novos caminhos para observar e compreender como esses centros catalíticos de átomo único operam em condições de trabalho realistas, a equipe de pesquisa disse.

p Eles publicaram seus resultados hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences .

p Backbones industriais

p Os catalisadores são a espinha dorsal da indústria química e prometem um futuro de energia sustentável. Como casamenteiros, eles pegam moléculas de um fluxo de passagem de líquido ou gás e as encorajam a reagir umas com as outras, sem serem consumidos. Para maximizar a eficiência deste processo, nanopartículas de catalisador são normalmente espalhadas na superfície de um material poroso que oferece a maior área de superfície possível para que muitas reações ocorram simultaneamente.

p Mas apenas os átomos do lado de fora de uma nanopartícula podem participar da catálise; os interiores vão para o lixo. Quando o catalisador é um metal precioso caro, como irídio ou platina, mesmo uma pequena quantidade de lixo é cara. Portanto, os cientistas têm trabalhado para usar átomos individuais desses metais preciosos. Cada átomo é um centro de reação catalítica. Seu tamanho minúsculo significa que muitos mais deles podem caber na superfície de uma determinada estrutura de suporte. Isso aumenta muito a quantidade de catalisador ativo que é exposto aos reagentes e o número de reações que podem ocorrer ao mesmo tempo, aumentando a eficiência.

p Neste estudo, uma equipe liderada pelo professor Yi Cui do SLAC / Stanford e o cientista Michal Bajdich da equipe do SLAC desenvolveu uma nova maneira de ancorar átomos de irídio individuais em uma superfície de suporte. Os pesquisadores de pós-doutorado de Stanford Xueli Zheng e Jing Tang realizaram o experimento, auxiliado pela simulação teórica de dados de raios-X do cientista associado do SLAC, Alessandro Gallo, que revelou qual configuração seria a mais estável e eficaz.

p Ancoragem átomo por átomo

p Para fazer o novo catalisador, os pesquisadores primeiro fizeram uma estrutura porosa para suportar os átomos de irídio que catalisariam a reação.

p Eles expuseram essa estrutura de espuma a uma solução contendo compostos de irídio, congelou-o rapidamente para criar um fino camada de gelo rica em irídio na superfície, e fez processamento adicional para criar locais bem distribuídos onde átomos individuais de irídio foram firmemente ancorados na superfície de suporte.

p Observações de raios-X do catalisador em funcionamento revelaram que os átomos de irídio estavam em um estado químico que os torna excepcionalmente eficazes na execução da parte da reação de divisão da água que libera oxigênio.

p Outros testes mostraram que essa atividade aumentada se deveu inteiramente ao fato de que o irídio estava na forma de átomos isolados, e não apenas para a grande área de superfície em que foram embutidos.

p O catalisador resultante é melhor do que a maioria dos catalisadores à base de irídio conhecidos até o momento, os pesquisadores relataram. Eles disseram que este novo sistema de ancoragem de átomos fornece um modelo ideal para sondar e estabelecer a conexão entre os catalisadores e suas estruturas de suporte para uma variedade de reações eletrocatalíticas.