Um pesquisador de pós-doutorado tenaz convenceu o professor Marc Koper a pesquisar a reação de redução de oxigênio. Aos olhos de Koper, havia pouco interesse ali. Mas eles prontamente descobriram uma maneira totalmente nova de melhorar as células de combustível em hidrogênio e oxigênio. O artigo deles foi publicado na Nature Catalysis em 7 de julho.
Há poucos carros movidos a hidrogênio circulando pela Holanda:um deles, um Toyota Mirai, é de propriedade do diretor da Shell Nederland, Marjan van Loon. Marc Koper, Professor de Catálise e Química de Superfícies, disse:"Ela é uma das poucas que pode realmente se encher de hidrogênio na Holanda, na Shell em Amsterdã".

A Toyota está trabalhando em células de combustível melhores e mais eficientes, a fim de poder introduzir a condução a hidrogênio em larga escala. Mas a tecnologia ainda não avançou tanto, pois há dois grandes problemas. Primeiro, muito do metal raro de platina é necessário nas células de combustível. Em segundo lugar, a parte da reação que converte oxigênio em água, a chamada reação de redução de oxigênio, precisa se tornar mais eficiente.

A ligação de oxigênio mais fraca foi pensada para ser o único botão a girar

Durante anos, os pesquisadores pensaram que havia apenas uma maneira de tornar a redução de oxigênio mais eficiente. Na célula de combustível com dois pólos - o ânodo e o cátodo - essa reação ocorre no cátodo no qual existem muitas pequenas partículas de platina. O oxigênio se decompõe em átomos de oxigênio ligados à platina. Esses átomos então reagem ainda mais para formar o produto final, a água.

Koper:"A teoria atual é que temos que procurar um cátodo que retenha os átomos de oxigênio com um pouco menos de força. E também que este é o único botão que você pode girar para facilitar a redução de oxigênio. A Toyota usa um cátodo que contém platina e um pouco de cobalto. Esse cobalto ajuda a enfraquecer a ligação do oxigênio à platina. Portanto, essa teoria funciona bem.

Koper é um dos cientistas mais citados do mundo, recebeu muitas bolsas e recebeu o maior e mais prestigiado prêmio de ciência holandês em 2021. Ele recebeu o Prêmio Spinoza de 2,5 milhões de euros em parte porque sua pesquisa pode contribuir para a transição energética. Ele investiga como a energia elétrica pode ajudar a fazer ou quebrar compostos químicos. Isso permitiria que você armazenasse energia verde, de modo que você pudesse salvá-la para quando o sol não brilhasse ou o vento morresse.

Mas não é nisso que a Koper está interessada

Koper é honesto sobre seus motivos:eles não estão relacionados à melhoria do mundo. "Quero entender em nível atômico o que acontece quando você envia eletricidade através de uma célula eletroquímica", disse ele em entrevista por ocasião de seu Prêmio Spinoza. A busca por um cátodo melhor para ligar o oxigênio com menos força não é tão excitante para ele, por mais importante que seja o problema. "Na minha opinião, não há muito mais a ser ganho cientificamente com o ajuste fino do cátodo com a melhor proporção de cobalto para platina."

Mas então o pós-doutorando Mingchuan Luo veio trabalhar para a Koper. "Ele insistiu em trabalhar na redução de oxigênio." Koper então propôs descobrir o que acontece se você brincar com a composição do eletrólito, o meio que separa o ânodo do cátodo. O eletrólito contém uma certa concentração de íons carregados negativamente:ânions. Luo experimentou diferentes concentrações de ânions.

Eles descobriram um novo botão para girar

Koper:"Descobrimos então que a redução do oxigênio às vezes é mais rápida do que o esperado, mesmo que a ligação do oxigênio ao cátodo pareça mais forte. parece que esses ânions no eletrólito influenciam outro processo na reação de redução de oxigênio. A saber:a facilidade com que esses átomos de oxigênio ligados à platina são convertidos em hidróxido (OH-), o último passo antes de fazer água. Isso nos dá um novo botão para turno, que é fundamentalmente diferente do habitual."

Então, em vez de apenas uma rota para células de hidrogênio mais eficientes, existem pelo menos duas. Isso é muito interessante para Koper, que quer principalmente entender o que acontece no nível molecular e por que esses ânions desempenham um papel tão importante. Seus colegas na Toyota também acharão interessante, embora não possam fazer grandes progressos com isso imediatamente. "No momento, esse novo insight levanta principalmente novas questões. Agora temos que descobrir exatamente o que está acontecendo." + Explorar mais

Convertendo água em hidrogênio com mais eficiência