p É um experimento escolar bem conhecido:a aplicação de uma voltagem entre dois eletrodos inseridos na água produz hidrogênio molecular e oxigênio. Os pesquisadores buscam tornar a separação da água o mais eficiente possível em termos de energia para avançar nas aplicações industriais. O material do eletrodo e sua qualidade de superfície são aspectos cruciais que determinam a eficiência de divisão. Em particular, manchas irregulares de apenas alguns nanômetros de tamanho, chamados centros reativos, determinar a reatividade eletroquímica de um eletrodo. p Os métodos de investigação anteriores não eram precisos o suficiente para seguir as reações químicas que ocorrem em tais centros reativos na superfície do eletrodo com resolução espacial suficiente em condições operacionais reais, ou seja, em solução eletrolítica à temperatura ambiente e com tensão aplicada. Uma equipe de cientistas liderada pela Dra. Katrin Domke no MPI-P desenvolveu agora um método com o qual as etapas iniciais da divisão eletrocatalítica da água em uma superfície de ouro poderiam ser estudadas pela primeira vez com uma resolução espacial de menos de 10 nm sob condições de funcionamento.

p "Fomos capazes de mostrar experimentalmente que as superfícies com saliências na faixa nanométrica dividem a água de uma forma mais eficiente em termos de energia do que as superfícies planas, "diz Katrin Domke." Com nossas imagens, podemos acompanhar a atividade catalítica dos centros reativos durante as etapas iniciais da divisão da água. "

p Os pesquisadores combinaram diferentes técnicas:na espectroscopia Raman, as moléculas são iluminadas com a luz que elas espalham. O espectro de luz espalhada contém informações que fornecem uma impressão digital química da molécula, possibilitando a identificação de espécies químicas. Contudo, A espectroscopia Raman normalmente produz apenas sinais muito fracos e com média espacial ao longo de centenas ou milhares de nanômetros.

p Por esta razão, os pesquisadores combinaram a técnica Raman com a microscopia de varredura por tunelamento. Ao escanear uma ponta de ouro nanométrica iluminada com luz laser sobre a superfície sob investigação, o sinal Raman é amplificado por muitas ordens de magnitude diretamente no ápice da ponta, que atua como uma antena. Este forte efeito de aumento permite a investigação de moléculas isoladas. Além disso, o foco firme da luz pela ponta leva a uma resolução óptica espacial de menos de dez nanômetros. Notavelmente, o aparelho pode ser operado sob condições operacionais eletrocatalíticas realistas.

p "Fomos capazes de mostrar que durante a divisão da água em pontos ásperos nanométricos, ou seja, centros reativos - dois óxidos de ouro diferentes são formados que podem representar intermediários importantes na separação do átomo de oxigênio dos átomos de hidrogênio, ", diz Domke. Os pesquisadores obtiveram percepções mais precisas sobre os processos que ocorrem na escala nanométrica em superfícies reativas, o que poderia facilitar o projeto de eletrocatalisadores mais eficientes no futuro, que requerem menos energia para dividir a água em hidrogênio e oxigênio.

p Os cientistas publicaram seus resultados na revista Nature Communications .