p Um grupo de pesquisa internacional melhorou a capacidade do grafeno de catalisar a reação de evolução do hidrogênio, que libera hidrogênio como resultado da passagem de uma corrente eletrônica pela água. Eles projetaram um eletrocatalisador de grafeno previsto matematicamente, e confirmou seu desempenho usando microscopia eletroquímica de alta resolução e modelagem computacional. Os resultados foram publicados na revista Advanced Science. p Akichika Kumatani, do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (AIMR), Tatsuhiko Ohto da Universidade de Osaka, Yoshikazu Ito, da Universidade de Tsukuba, e colegas no Japão e na Alemanha descobriram que adicionar dopantes de nitrogênio e fósforo ao redor das bordas bem definidas dos buracos de grafeno aumentou sua capacidade de eletrocatalisar a reação de evolução do hidrogênio.

p Os catalisadores à base de grafeno têm uma vantagem sobre os à base de metal, pois são estáveis ​​e controláveis, tornando-os adequados para uso em células de combustível, dispositivos de armazenamento e conversão de energia, e na eletrólise da água. Suas propriedades podem ser melhoradas fazendo-se várias alterações simultâneas em suas estruturas. Mas os cientistas precisam ser capazes de ver essas mudanças em nanoescala para entender como elas funcionam juntas para promover a catálise.

p Kumatani e seus colegas usaram a recentemente desenvolvida microscopia eletroquímica de células de varredura (SECCM) para direta, observação em sub-microescala das reações eletroquímicas que acontecem quando a corrente passa pela água durante a eletrólise. Também lhes permitiu analisar como as mudanças estruturais nos eletrocatalisadores de grafeno afetam suas atividades eletroquímicas. Este tipo de observação não é possível usando abordagens convencionais.

p A equipe sintetizou um eletrocatalisador feito de uma folha de grafeno cheia de orifícios preditos matematicamente com bordas bem definidas. As bordas ao redor dos orifícios aumentam o número de sítios ativos disponíveis para que ocorram as reações químicas. Eles doparam a folha de grafeno adicionando átomos de nitrogênio e fósforo ao redor das bordas dos buracos. O eletrocatalisador à base de grafeno foi então usado para aumentar a liberação de hidrogênio durante a eletrólise.

p Usando SECCM, a equipe descobriu que seu eletrocatalisador de grafeno melhorou significativamente a formação de uma corrente em resposta à liberação de energia durante a eletrólise. Seus cálculos computacionais sugerem que a adição de dopantes de nitrogênio e fósforo aumenta o contraste de cargas positivas e negativas nos átomos ao redor das bordas dos buracos, aumentando sua capacidade de transportar uma corrente elétrica.

p Eletrocatalisadores de grafeno holey dopados com nitrogênio e fósforo funcionaram melhor do que aqueles dopados com apenas um dos dois elementos químicos.

p "Essas descobertas abrem um caminho para a engenharia de nível atômico da estrutura de borda do grafeno em eletrocatalisadores à base de grafeno por meio da visualização local de atividades eletroquímicas, "concluem os pesquisadores.