O hidrogênio chamou a atenção nos últimos anos como uma fonte potencial de energia limpa porque queima sem produzir emissões prejudiciais ao clima. No entanto, os métodos tradicionais de produção de hidrogênio têm uma pegada de carbono substancial, e os métodos mais limpos são caros e tecnicamente complexos.
Agora, os pesquisadores estão relatando um avanço significativo, um catalisador de dois eletrodos que depende de um composto para produzir eficientemente hidrogênio e oxigênio da água do mar e da água doce. Tentativas anteriores de tais catalisadores bifuncionais para dividir a água em hidrogênio e oxigênio geralmente resultaram em desempenho ruim em uma das duas funções. Usar dois catalisadores separados funciona, mas aumenta o custo de fabricação dos catalisadores.

No trabalho descrito em Energia e Ciências Ambientais , pesquisadores da Universidade de Houston, da Universidade Chinesa de Hong Kong e da Universidade Normal da China Central relatam o uso de um composto de níquel/molibdênio/nitrogênio, ajustado com uma pequena quantidade de ferro e cultivado em espuma de níquel para produzir hidrogênio com eficiência e, em seguida, através de um processo de reconstrução eletroquímica desencadeado por tensão cíclica, convertido em um composto que produziu uma reação de evolução de oxigênio igualmente poderosa.

Os pesquisadores disseram que usar um único composto para a reação de evolução de hidrogênio (HER) e a reação de evolução de oxigênio (OER) – embora ligeiramente alterado através do processo de reconstrução – não apenas torna a divisão da água mais acessível, mas também simplifica os desafios de engenharia.

A maioria dos materiais é mais adequada para HER ou REA, mas ambas as reações são necessárias para completar a reação química e produzir hidrogênio a partir da água. Zhifeng Ren, diretor do Texas Center for Superconductivity da UH e autor correspondente do artigo, disse que o novo catalisador não apenas permite operações eficientes com um único catalisador, mas também funciona igualmente bem em água do mar e água doce. "Comparado com os catalisadores existentes, este é o melhor já relatado", disse ele.

Usando água do mar alcalina e operando em condições quase industriais, o catalisador forneceu uma densidade de corrente de 1.000 miliampères/centímetro quadrado usando apenas 1,56 volts em água do mar, permanecendo estável por 80 horas de teste.

O forte desempenho do catalisador em água do mar pode resolver um problema:a maioria dos catalisadores disponíveis funciona melhor em água doce. A divisão da água do mar é mais complicada, em parte por causa da corrosão associada ao sal e outros minerais. Ren, que também é professor titular de física do M.D. Anderson na UH, disse que o novo catalisador também gera oxigênio puro, evitando o potencial subproduto do gás cloro corrosivo produzido por alguns catalisadores.

Mas os suprimentos de água doce estão cada vez mais limitados pela seca e pelo crescimento populacional. A água do mar, ao contrário, é abundante. “Normalmente, mesmo que um catalisador funcione para água salgada, requer um maior consumo de energia”, disse Ren. "Nesse caso, exigir quase o mesmo consumo de energia que a água doce é uma notícia muito boa."

Shuo Chen, professor associado de física da UH e co-autor correspondente do artigo, disse que a forte densidade de corrente relatada pelo catalisador em uma tensão relativamente baixa reduz o custo de energia da produção de hidrogênio. Mas essa é apenas uma maneira pela qual o catalisador aborda a acessibilidade, disse Chen, que também é investigador principal do TcSUH.

Usando um material - o composto de níquel/molibdênio/nitrogênio modificado com ferro - para o HER e, em seguida, usando a voltagem cíclica para desencadear uma reconstrução eletroquímica para produzir um material ligeiramente diferente, um óxido de ferro/molibdênio/óxido de níquel, para o REA, os pesquisadores eliminam a necessidade de um segundo catalisador ao mesmo tempo que simplificam os requisitos de engenharia, disse Chen.

“Se você está fazendo um dispositivo com dois materiais diferentes em dois eletrodos, você precisa descobrir como a carga elétrica pode fluir através de cada eletrodo e projetar a estrutura para se adequar a isso”, disse ela. "Nesse caso, o material não é exatamente o mesmo, porque um (eletrodo) passa por reconstrução eletroquímica, mas é um material muito parecido, então a engenharia é mais fácil."

Além de Ren e Chen, os pesquisadores do artigo incluem Minghui Ning, Fanghao Zhang, Libo Wu, Xinxin Xing, Dezhi Wang, Shaowei Song e Jiming Bao, todos com UH; Qiancheng Zhou da Universidade Normal da China Central; e Luo Yu da Universidade Chinesa de Hong Kong. + Explorar mais

Novo catalisador produz eficientemente hidrogênio a partir da água do mar