Hidrogênio verde (ou H₂ ) produzido a partir de recursos energéticos renováveis ​​é o combustível de um futuro descarbonizado. A eletrólise, ou divisão da água em oxigênio e hidrogênio com a ajuda de uma célula eletroquímica, é uma das formas mais populares de produzir H verde₂ .



É uma reação simples, garante produtos de alta qualidade e tem zero emissões de carbono. Apesar de suas vantagens, entretanto, a separação eletroquímica da água ainda não ganhou destaque em escala comercial. Isto se deve à baixa condutividade elétrica dos catalisadores ativos de (oxi)hidróxido gerados in situ durante os processos eletroquímicos. Isto, por sua vez, leva a uma atividade catalítica restrita, dificultando as reações de evolução do hidrogênio e do oxigênio na célula.

O problema das fracas propriedades elétricas do (oxi) hidróxido tem sido um desafio de longa data para a obtenção de uma separação eficiente da água. Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor associado Junhyeok Seo, do Departamento de Química do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, encontrou uma solução para esse problema na forma de junções Schottky.

Em um estudo recente publicado em Applied Catalysis B:Environmental , eles demonstraram um eletrodo com junção Schottky formada na interface de nitreto metálico de níquel-tungstênio (Ni-W₅ N₄ ) e catalisador semicondutor de níquel-ferro (oxi) hidróxido (NiFeOOH). Este eletrodo foi capaz de superar o limite de condutância do (oxi) hidróxido e melhorou a capacidade de divisão da água da configuração.

Notavelmente, dois materiais, um metal e um semicondutor, com comportamentos eletrônicos bastante diferentes, foram colocados em contato para fazer uma diferença de energia na interface, formando uma junção. "Nossa pesquisa utilizou esta barreira de energia potencial presente na junção Schottky para acelerar o fluxo de elétrons no eletrodo, levando a um aumento significativo na atividade de reação de evolução do oxigênio, acelerando a divisão geral da água", explica o Dr. Seo, destacando o mecanismo central por trás de seu novo eletrodo projetado.

Ao realizar a divisão eletrocatalítica da água, a equipe observou que Ni-W₅ N₄ liga catalisou a reação de evolução do hidrogênio, resultando em 10 mA/cm ² densidade de corrente em um pequeno sobrepotencial de 11 mV. Além disso, a junção Schottky retificadora formada na interface de Ni-W₅ N₄ |NiFeOOH anulou a laminação não condutora produzida por espécies de (oxi)hidróxido.

Na polarização direta, exibiu uma densidade de corrente de 11 mA/cm ² com sobrepotencial de 181 mV. A análise eletroquímica do eletrodo revelou que a atividade catalítica melhorada poderia de fato ser atribuída à junção Schottky.

Por último, os pesquisadores projetaram um eletrolisador usando seu eletrodo de junção Schottky para eletrólise industrial da água do mar. Eles descobriram que o novo dispositivo poderia operar continuamente por 10 dias, ao mesmo tempo que exibia excelente atividade catalítica e durabilidade durante a eletrólise. Ele mostrou uma densidade de corrente notável de 100 mA/cm ² em um sobrepotencial de apenas 230 mV.

No geral, os investigadores acreditam que estas descobertas podem contribuir para uma estratégia sustentável de produção de hidrogénio para eventualmente substituir os métodos convencionais que ainda dependem de combustíveis fósseis. Como conclui o Dr. Seo, "Água doce e água do mar são fontes abundantes e renováveis ​​de prótons. Sistemas eficientes de divisão de água garantem que possamos estabelecer uma produção sustentável de combustível de hidrogênio com zero carbono, ajudando assim a gerenciar nossos atuais problemas climáticos."

Mais informações: Selvaraj Seenivasan et al, interruptor Schottky derivado de W5N4 metálico | junção do catalisador:Ligação para melhorar a atividade catalítica e a durabilidade na reação de divisão da água, Catálise Aplicada B:Ambiental (2023). DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123233
Fornecido pelo Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju