À medida que cresce a procura por uma geração de energia mais sustentável e eficiente, as tecnologias de conversão de energia eletroquímica que dependem da eletrocatálise destacam-se como alternativas promissoras. A pesquisa sobre o melhor tipo de eletrocatalisadores está em andamento.



Os eletrocatalisadores bidimensionais de ligas à base de metais nobres são econômicos e acessíveis, mas apresentam desvantagens significativas, incluindo a fraca interação entre os átomos da liga, levando à instabilidade e à atividade reduzida.

No entanto, a adição de compostos intermetálicos (IMCs) à liga melhora a interação entre os diferentes elementos e traz benefícios adicionais. Pesquisa publicada em Materiais e Dispositivos Energéticos analisa pesquisas atuais sobre o desenvolvimento de IMCs 2D baseados em metais nobres e seus benefícios.

"Até agora, falta uma revisão abrangente da síntese de IMCs 2D baseados em metais nobres e suas aplicações potenciais em eletrocatálise. Esta revisão preenche essa lacuna, fornecendo uma visão abrangente dos métodos de síntese para IMCs 2D baseados em metais nobres, incluindo o Métodos de modulação de íons haleto e assistidos por CO A revisão também aborda os desafios atuais na síntese e aplicação eletrocatalítica de IMCs 2D baseados em metais nobres", disse Fukai Feng, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim, em Pequim, China.

No artigo, os pesquisadores analisam primeiro os diferentes processos de síntese de IMCs 2D baseados em metais nobres, que incluem os métodos de modulação assistida por CO e de íons haleto. Eles então resumem suas aplicações em eletrocatálise.

Existem certas propriedades benéficas dos eletrocatalisadores que podem ser alcançadas durante o processo de síntese, incluindo a redução da simetria. Isto é desejável porque a redução da simetria de um catalisador melhora a atividade eletrocatalítica.

Os métodos de síntese analisados ​​neste artigo incluem o método assistido por CO e um método de modulação de íons haleto. Ambos os métodos têm suas vantagens, dependendo do tipo de IMC 2D baseado em metal nobre desejado.

Depois de analisar os métodos de síntese, os pesquisadores analisaram as diferentes aplicações do mundo real de IMCs 2D baseados em metais nobres em eletrocatálise.

"As propriedades únicas dos IMCs 2D baseados em metais nobres, incluindo anisotropia (não uniformidade), numerosos sítios ativos, coordenação insaturada de átomos na superfície e eficiência de transferência de elétrons, contribuem para suas excelentes propriedades catalíticas", disse Feng.

Um exemplo de aplicação no mundo real de um IMC 2D baseado em metal nobre está em uma célula a combustível de etanol direto. Essa fonte de energia limpa é interessante porque é renovável, fácil de armazenar e transportar e possui alta densidade energética. Os catalisadores usados ​​​​em células a combustível de etanol direto tendem a absorver mais subprodutos intermediários tóxicos. No entanto, os IMCs 2D à base de metais nobres inibem esta absorção.

Os pesquisadores observaram que havia áreas onde menos estudos foram feitos, como no uso de IMCs 2D baseados em metais nobres para o processo eletroquímico que ocorre no cátodo durante a divisão eletroquímica da água para a evolução do hidrogênio.

Olhando para o futuro, os pesquisadores esperam que vários desafios dos eletrocatalisadores IMC 2D baseados em metais nobres sejam abordados, incluindo a síntese dos IMCs 2D baseados em metais nobres e os metais usados ​​para este processo. Este é um processo desafiador devido à sua anisotropia inerente e alta energia superficial.

Outro desafio enfrentado durante o processo de síntese são os subprodutos surfactantes que permanecem após a síntese, que reduzem a eficácia dos catalisadores. Embora um método chamado recozimento térmico possa eliminar a necessidade de surfactantes, esse processo apresenta seus próprios desafios.

Os pesquisadores gostariam de ver novos métodos de síntese de IMCs 2D baseados em metais nobres com recozimento térmico. Finalmente, os pesquisadores gostariam de ver estruturas 3D construídas a partir de IMCs 2D baseados em metais nobres para melhorar a estabilidade a longo prazo dos catalisadores e aplicações mais amplas desta tecnologia exploradas.

Outros colaboradores incluem Sumei Han e Qipeng Lu da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim e Qinbai Yun do Departamento de Engenharia Química e Biológica e Instituto de Energia da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong.

Mais informações: Fukai Feng et al, Intermetálicos bidimensionais à base de metais nobres para eletrocatálise, Materiais e dispositivos energéticos (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370008
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua