p Os pesquisadores podem ter aproximado o futuro das energias renováveis. Um novo eletrodo pode realizar a reação de evolução de hidrogênio (HER) em condições ácidas, tornando a tecnologia mais barata e mais eficaz. O processo é auxiliado por uma forma inteligente de grafeno. p A eletrólise da água em hidrogênio é vital para o armazenamento de energia em uma economia verde. Um dos maiores obstáculos, Contudo, é o alto custo dos eletrodos de metal nobre. Não-nobres mais baratos funcionam, mas principalmente em condições alcalinas, onde a reação é faminta por eletricidade; a reação de fase ácida mais eficiente requer metais básicos escassos, como a platina. Ainda pior, os eletrólitos ácidos são corrosivos e corroem o metal do núcleo.

p Agora, pesquisadores liderados pela Universidade de Tsukuba descobriram que o grafeno "holey" oferece uma maneira de contornar esse problema. Eles usaram folhas de grafeno dopadas com nitrogênio para encapsular uma liga de eletrodo de níquel-molibdênio (NiMo). Crucialmente, o grafeno foi perfurado com buracos do tamanho de nanômetros, como uma peneira. Em um estudo em Catálise ACS , eles mostraram que em condições ácidas, o novo sistema HER supera dramaticamente um eletrodo usando grafeno regular não furado.

p O uso de grafeno em eletrodos HER não é novo - este flexível, a folha de carbono condutora é ideal para envolver o metal do núcleo. Contudo, enquanto protege o metal contra a corrosão, o grafeno também suprime sua atividade química. No novo sistema Tsukuba, os buracos muito importantes promovem a reação de duas maneiras, enquanto a parte intacta de grafeno protege o metal.

p "Criamos furos decorando a superfície de NiMo com nanopartículas de sílica, "explica o co-autor do estudo Kailong Hu." Então, quando depositamos a camada de grafeno, lacunas foram deixadas para trás nas posições das nanopartículas - como uma obra de arte em relevo. Na verdade, os buracos são mais do que apenas lacunas - eles são circundados por cristas quimicamente ativas chamadas 'franjas'. Tecnicamente, essas franjas são defeitos estruturais, mas eles conduzem a química do eletrodo. "

p Comparado com o grafeno normal, as franjas são mais hidrofílicas. Isso atrai hidrônio (H3O +) na solução ácida, que desempenha um papel crucial em um dos dois mecanismos HER. As franjas também são excelentes na adsorção de átomos de H simples, que fornece área de superfície extra para o outro processo importante de HER. Como resultado, H2 é produzido tão eficientemente quanto em um eletrodo Pt / C convencional (mas caro). Enquanto isso, a parte não furada do grafeno retarda a dissolução do catalisador metálico no ácido.

p "Este é um novo conceito versátil para eletrodos de evolução de hidrogênio, "O autor principal Yoshikazu Ito diz." O objetivo é minimizar o excesso de potencial necessário para a reação. Portanto, não está limitado a um catalisador específico. Ajustamos nossa camada de grafeno furado especificamente para NiMo, otimizando o tamanho e o número de orifícios. O que é impressionante é que o catalisador ainda era estável em ácido, apesar dos buracos. No futuro, o grafeno holey pode ser personalizado para uma variedade de metais, empurrando a eficiência da produção de hidrogênio para a adoção em larga escala. "