Equipe de pesquisa apresenta catalisadores de níquel tridimensionais superaerofóbicos para eletrólise acelerada da água

A equipe criou um material catalisador de níquel poroso com uma estrutura de protrusão de nanobastão, incorporando canais de poros tridimensionais eficientes e molhabilidade de superfície superaerofóbica. Este projeto visa facilitar a rápida separação das bolhas de hidrogênio da superfície do catalisador. O resultado é um aumento significativo na eficiência da produção de hidrogênio no sistema de eletrólise da água quando comparado aos tradicionais eletrodos catalisadores em forma de filme fino. Crédito:POSTECH

O processo de eletrólise da água é um sistema que produz hidrogênio por eletrólise da água. É uma tecnologia amiga do ambiente que pode produzir combustível de hidrogénio, uma futura fonte de energia, sem emitir poluentes ambientais, mas as suas limitações incluem a baixa eficiência de produção de hidrogénio e os elevados custos de produção. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) publicou uma pesquisa em Materiais Avançados que resolveu os dois problemas ao mesmo tempo.

Uma equipe de pesquisa colaborativa composta pelo Professor Jong Kyu Kim, Jaerim Kim, candidato a doutorado, Professor Yong-Tae Kim e Doutor Sang-Mun Jung do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da POSTECH conseguiu desenvolver uma solução econômica e catalisador de eletrólise de água eficiente que supera as limitações dos catalisadores convencionais usando um método de deposição de ângulo oblíquo e níquel (Ni).

Os processos de eletrólise da água empregam metais preciosos caros, como a platina, como catalisadores para a produção de hidrogênio, tornando o processo excessivamente caro. Além disso, o uso de catalisadores convencionais de película fina muitas vezes resulta na separação inadequada de bolhas de hidrogênio, levando a bloqueios nos sítios ativos do catalisador ou dificultando o movimento dos reagentes, diminuindo em última análise a eficiência do processo.

Em resposta a esses desafios, a equipe de pesquisa optou pela deposição em ângulo oblíquo e pelo níquel. Esta técnica envolve inclinar o substrato durante a deposição para criar facilmente diversas nanoestruturas do material, oferecendo uma solução simples e barata. Além disso, o níquel se destaca como um catalisador de metal não precioso abundante na Terra, demonstrando uma eficiência relativamente alta na geração de hidrogênio.

A equipe utilizou um método de deposição de ângulo oblíquo para sintetizar níquel apresentando saliências de nanobastões finamente trabalhadas e alinhadas verticalmente. Em contraste com as nanoestruturas convencionais que apenas aumentam a área de superfície do catalisador, os pesquisadores projetaram um conjunto de nanobastões de níquel altamente poroso, apresentando propriedades superaerofóbicas únicas para resolver os problemas de aderência do hidrogênio.

Resultados experimentais revelaram que as bolhas de hidrogênio geradas durante o processo de eletrólise exibiram a separação acelerada das bolhas de hidrogênio da superfície superaerofóbica. O catalisador superaerofóbico de nanobastões de níquel tridimensionais da equipe, com canais de poros eficazes, demonstrou uma notável melhoria de 55 vezes na eficiência da produção de hidrogênio em comparação com uma quantidade equivalente de níquel em uma estrutura de filme fino tradicional.

O professor Jong Kyu Kim e o Ph. D. Jaerim Kim, que lideram a pesquisa, explicaram:"Ao aumentar a eficiência do processo de eletrólise da água para a produção de hidrogênio verde, estamos avançando em direção a uma economia de hidrogênio e a uma sociedade neutra em carbono. Este avanço não beneficia apenas a eletrólise da água, mas também é promissora para várias outras aplicações de energia renovável, onde as reações de superfície desempenham um papel crucial, como a redução do dióxido de carbono e os sistemas de conversão de energia luminosa."

Mais informações: Jaerim Kim et al, Reação Eficiente de Evolução de Hidrogênio Alcalino Usando Nanoarranjos de Ni Superaerofóbicos com Liberação Acelerada de Bolhas de H2, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202305844
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang

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