A investigação recente sobre a exigente tarefa de desenvolvimento de catalisadores para a produção de hidrogénio registou progressos substanciais.



Professor Yong-Tae Kim, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e do Instituto de Pós-Graduação em Tecnologia de Materiais Ferrosos e Ecológicos, e Kyu-Su Kim, estudante de doutorado do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH ), colaborou em um projeto de pesquisa que oferece uma direção promissora para o desenvolvimento futuro de catalisadores para eletrólise de água.

O estudo deles foi apresentado como artigo de capa na ACS Catalysis .

A eletrólise da água, um método para produzir hidrogénio a partir do abundante recurso água, surge como uma tecnologia amiga do ambiente que não produz emissões de dióxido de carbono. No entanto, este processo enfrenta limitações devido à sua dependência de catalisadores de metais preciosos, como o irídio (Ir), tornando-o economicamente inviável. Os pesquisadores estão explorando ativamente o desenvolvimento de catalisadores na forma de ligas metálicas para enfrentar este desafio.

No campo da pesquisa de catálise por eletrólise de água, os principais catalisadores sob escrutínio são irídio, rutênio (Ru) e ósmio (Os). O Iridium, apesar de sua alta estabilidade, apresenta baixa atividade e tem um preço alto. Por outro lado, o rutênio apresenta atividade louvável e é uma opção mais econômica em comparação ao irídio, embora não tenha o mesmo nível de estabilidade.

O ósmio, por outro lado, dissolve-se facilmente sob várias condições eletroquímicas, levando à formação de nanoestruturas com uma área superficial ativa eletroquímica expandida, aumentando assim a atividade geométrica.

Inicialmente, a equipe de pesquisa desenvolveu catalisadores utilizando irídio e rutênio. Ao combinar estes metais, preservaram com sucesso os excelentes atributos de cada um, resultando em catalisadores que demonstraram melhorias tanto na atividade como na estabilidade. Catalisadores incorporando ósmio exibiram alta atividade devido à área de superfície ativa eletroquímica expandida obtida através da formação de nanoestruturas. Esses catalisadores mantiveram as propriedades vantajosas do irídio e do rutênio.

Posteriormente, a equipe expandiu sua experimentação para incluir todos os três metais. Os resultados mostraram um aumento moderado na atividade, mas a dissolução do ósmio teve um efeito prejudicial, comprometendo significativamente a integridade estrutural do irídio e do rutênio. Nesta série, a aglomeração e corrosão das nanoestruturas foram aceleradas, levando a um declínio no equilíbrio do desempenho catalítico.

Com base nessas descobertas, a equipe de pesquisa propôs vários caminhos para futuras pesquisas sobre catalisadores. Em primeiro lugar, sublinham a necessidade de uma métrica que possa avaliar simultaneamente a actividade e a estabilidade. Esta métrica, conhecida como factor de estabilidade da actividade, foi inicialmente introduzida pelo grupo de investigação de Kim em 2017.

Além disso, a equipe defende a retenção de propriedades superiores do catalisador mesmo após a formação de nanoestruturas, a fim de aumentar a área de superfície eletroquímica ativa do eletrocatalisador. Eles também destacam a importância de selecionar cuidadosamente materiais candidatos que possam efetivamente sinergizar quando ligados com outros metais. A essência deste estudo não reside em apresentar resultados específicos, como o desenvolvimento de novos catalisadores, mas sim em oferecer considerações essenciais para o projeto de catalisadores.

O professor Yong-Tae Kim, que liderou a pesquisa, disse:“Esta pesquisa marca o início da nossa jornada, não a conclusão”. Ele compartilhou sua visão afirmando:"Estamos dedicados ao desenvolvimento contínuo de catalisadores eficientes de eletrólise de água com base nos conhecimentos obtidos com esta pesquisa".

Mais informações: Kyu-Su Kim et al, Equilíbrio Deteriorado entre Atividade e Estabilidade via Incorporação de Ru em Nanoestruturas de Evolução de Oxigênio Baseadas em Ir, Catálise ACS (2023). DOI:10.1021/acscatal.3c01497
Informações do diário: Catálise ACS

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang