p (Phys.org) —Hidrogênio é um combustível "verde" que queima de forma limpa e pode gerar eletricidade por meio de células de combustível. Uma maneira de produzir hidrogênio de forma sustentável é dividindo as moléculas de água usando a energia renovável da luz solar, mas os cientistas ainda estão aprendendo como controlar e otimizar essa reação com catalisadores. Na fonte de luz síncrotron nacional, um grupo de pesquisa determinou informações estruturais importantes sobre um catalisador potencial, dando um passo para projetar um material ideal para o trabalho. p Devido à complexidade mecânica e elétrica da reação de divisão da água, existem muitos requisitos para que um catalisador tenha um desempenho ideal. Os cientistas devem compreender não apenas a estrutura molecular local de um candidato, mas também sua estrutura em intervalos mais longos - particularmente a nanoescala, que tende a ser um bom indicador do comportamento eletrônico de um material e, portanto, de sua atividade catalítica geral.

p Os cientistas estão cada vez mais se concentrando em um determinado grupo de catalisadores:filmes finos à base de cobalto. Esses filmes são criados por meio de eletrodeposição a partir de soluções aquosas de cobalto misturadas a um eletrólito. Neste estudo, pesquisadores da Columbia University, Universidade de Harvard, e o Brookhaven Lab usou raios-x para entender melhor a estrutura em nanoescala de faixa intermediária de um desses filmes. Eles também investigaram as diferenças estruturais entre os filmes cultivados usando dois eletrólitos:fosfato, um íon fósforo-oxigênio negativo, e borato, negativo um íon boro-oxigênio. Os filmes resultantes são denotados CoPi e CoBi, respectivamente.

p Dados de espalhamento de raios-X das amostras CoPi e CoBi, tomadas na linha de luz NSLS X7B, indicam que ambos são nanocristalinos. Isso significa que eles consistem em grãos em nanoescala, cada um variando de cerca de 1,5 a 3 nanômetros (nm) em tamanho com uma estrutura molecular ordenada. Além disso, existem diferenças claras e importantes.

p Os filmes CoBi consistem em aglomerados de cobalato (cobalto-oxigênio) de 3-4 nm que se empilham ordenadamente até três camadas de profundidade. Os filmes CoPi consistem em aglomerados significativamente menores que não se empilham de maneira ordenada.

p Essas diferenças estruturais parecem estar ligadas à atividade catalítica dos filmes. Dados eletroquímicos mostram que, conforme a espessura do filme aumentou, os filmes CoBi eram mais ativos do que CoPi e, no final das contas, exibiam um desempenho "significativamente superior". Esses achados sugerem que o aumento na espessura do filme CoBi também aumenta a área de superfície efetiva disponível para catálise, enquanto, ao mesmo tempo, preserva as propriedades de transporte de carga dos filmes.

p "Nossos resultados mostram uma diferença concreta entre CoBi e CoPi, permitindo assim o primeiro insight sobre uma correlação tangível entre estrutura e função, "disse o químico e professor de Harvard Daniel Nocera.

p O grupo planeja estudos adicionais para explorar algumas questões relacionadas, como a natureza do transporte de carga entre as camadas CoBi e o comportamento dos filmes em faixas mais longas do que a nanoescala.