p O consumo global de energia está acelerando a uma taxa alarmante. Existem três causas principais:rápida expansão econômica, crescimento populacional, e maior dependência de aparelhos baseados em energia em todo o mundo. p Nossa crescente demanda de energia e o impacto ambiental dos combustíveis tradicionais representam sérios desafios para a saúde humana, seguranca energetica, e proteção ambiental. Estima-se que o mundo precisará dobrar seu suprimento de energia até 2050 e é fundamental que desenvolvamos novos tipos de energia para enfrentar esse desafio.

p As células de combustível geralmente usam eletrodos de platina caros, mas uma alternativa não metálica pode ser uma solução acessível para segurança energética. As células de combustível geram eletricidade oxidando combustível em água, fornecendo energia limpa e sustentável.

p O hidrogênio pode ser usado como combustível. Primeiro, o hidrogênio é dividido em seus elétrons e prótons constituintes. Então, o fluxo de elétrons gera energia elétrica, antes que os elétrons e prótons se juntem com o oxigênio reduzido, formando água como o único subproduto.

p Esta tecnologia tem alta eficiência de conversão de energia, não cria praticamente nenhuma poluição, e tem potencial para uso em larga escala. Contudo, a reação vital que gera oxigênio reduzido nas células de combustível requer um catalisador - tradicionalmente um eletrodo de platina. Infelizmente, o alto custo e os recursos limitados fizeram desse catalisador de metal precioso a principal barreira para as células de combustível do mercado de massa.

p Desde que as células de combustível usando platina foram desenvolvidas para a missão lunar Apollo na década de 1960, pesquisadores têm desenvolvido catalisadores feitos de ligas contendo platina ao lado de metais mais baratos. Esses catalisadores de liga têm um menor teor de platina, no entanto, a produção comercial em massa ainda requer grandes quantidades de platina. Para tornar as células de combustível uma opção viável de energia em grande escala, precisamos de outros eficientes, baixo custo, e eletrodos estáveis.

p Nós descobrimos anteriormente uma nova classe de catalisadores isentos de metal de baixo custo com base em nanotubos de carbono com nitrogênio adicionado, que teve um desempenho melhor do que a platina em células de combustível básicas. O desempenho catalítico aprimorado pode ser atribuído à capacidade de aceitação de elétrons dos átomos de nitrogênio, que auxilia na reação de redução de oxigênio. Esses baseados em carbono, catalisadores sem metal podem reduzir drasticamente o custo de comercialização da tecnologia de células de combustível. Infelizmente, eles costumam ser menos eficazes em condições ácidas - as condições típicas em células de combustível convencionais.

p Usando compostos de carbono com uma estrutura porosa para aumentar a área de superfície e nanotubos para melhorar a condutividade, nossas pesquisas mais recentes demonstram que nossos nanomateriais são capazes de catalisar a redução de oxigênio de forma tão eficiente quanto os catalisadores de metais não preciosos de última geração - e com uma estabilidade mais longa. Esta primeira tentativa bem-sucedida de usar catalisadores isentos de metal à base de carbono em células de combustível ácidas poderia facilitar a comercialização de células de combustível duráveis ​​e acessíveis.

p Além das células de combustível, esses novos catalisadores de nanomateriais de carbono sem metal também são eletrodos eficientes para células solares de baixo custo, supercapacitores para armazenamento de energia, e sistemas de separação de água que geram combustível a partir da água. O uso generalizado de catalisadores isentos de metal à base de carbono resultará, portanto, em melhor economia de combustível, uma diminuição nas emissões prejudiciais, e uma dependência reduzida de fontes de petróleo. Isso pode afetar drasticamente a vida no futuro próximo. p Esta história foi publicada como cortesia de The Conversation (sob Creative Commons-Atribuição / Sem derivados).