As células de combustível de hidrogênio convertem hidrogênio em eletricidade com vapor de água como único subproduto, tornando-as uma alternativa verde atraente para energia portátil, principalmente para veículos.
No entanto, seu uso generalizado foi dificultado em parte pelo custo de um dos componentes primários. Para facilitar a reação que produz a eletricidade, as células a combustível contam com um catalisador feito de platina, que é caro e escasso.

Agora, uma equipe europeia liderada por pesquisadores do Imperial College London criou um catalisador usando apenas ferro, carbono e nitrogênio – materiais baratos e prontamente disponíveis – e mostrou que pode ser usado para operar uma célula de combustível em alta potência. Seus resultados são publicados hoje na Nature Catalysis .

O pesquisador principal, professor Anthony Kucernak, do Departamento de Química da Imperial, disse:"Atualmente, cerca de 60% do custo de uma única célula de combustível é a platina para o catalisador. veículos movidos a motor, por exemplo, precisamos reduzir esse custo.

“Nosso projeto de catalisador mais barato deve tornar isso uma realidade e permitir a implantação de sistemas de energia significativamente mais renováveis ​​que usam hidrogênio como combustível, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa e colocando o mundo no caminho para emissões líquidas zero”.

A inovação da equipe foi produzir um catalisador onde todo o ferro fosse disperso como átomos únicos dentro de uma matriz de carbono eletricamente condutora. O ferro de átomo único tem propriedades químicas diferentes do ferro a granel, onde todos os átomos estão agrupados, tornando-o mais reativo.

Essas propriedades significam que o ferro aumenta as reações necessárias na célula de combustível, atuando como um bom substituto para a platina. Em testes de laboratório, a equipe mostrou que um catalisador de ferro de átomo único tem desempenho próximo ao de catalisadores à base de platina em um sistema de célula de combustível real.

Além de produzir um catalisador mais barato para células de combustível, o método que a equipe desenvolveu para criar pode ser adaptado para outros catalisadores para outros processos, como reações químicas usando oxigênio atmosférico como reagente em vez de oxidantes químicos caros e no tratamento de águas residuais usando ar para remover contaminantes nocivos.

O primeiro autor Dr. Asad Mehmood, do Departamento de Química da Imperial, disse:"Desenvolvemos uma nova abordagem para fazer uma série de catalisadores de 'átomo único' que oferecem uma oportunidade para permitir uma série de novos processos químicos e eletroquímicos. Especificamente , usamos um método sintético único, chamado transmetalação, para evitar a formação de aglomerados de ferro durante a síntese. Esse processo deve ser benéfico para outros cientistas que desejam preparar um tipo semelhante de catalisador."

A equipe colaborou com o fabricante britânico de catalisadores de células de combustível Johnson Matthey para testar o catalisador em sistemas apropriados e espera ampliar seu novo catalisador para que possa ser usado em células de combustível comerciais. Enquanto isso, eles estão trabalhando para melhorar a estabilidade do catalisador, para que ele corresponda à platina em durabilidade e desempenho. + Explorar mais

Métodos de síntese em larga escala para catalisadores de átomo único para células de combustível alcalinas