p Produzido facilmente, nanoestruturas semelhantes à natureza de fosfeto de cobalto são catalisadores altamente eficazes para a eletrólise da água, de acordo com pesquisa realizada pelo químico Ning Yan e sua equipe no Instituto Van 't Hoff de Ciências Moleculares da Universidade de Amsterdã, juntamente com colegas de trabalho da Escola de Física e Tecnologia da Universidade de Wuhan, China. Em um jornal publicado na capa da Journal of Materials Chemistry A , eles descrevem como métodos de deposição eletroquímica relativamente simples produzem grama-, Folha-, e nanoestruturas semelhantes a flores que carregam a promessa de geração eficiente de hidrogênio. p Para preparar nanoestruturas, Abordagens de cima para baixo, como a litografia, são comuns há muito tempo. Isso tem se mostrado bastante útil na fabricação de semicondutores, mas para aplicativos mais dedicados, é demorado e não é particularmente econômico. Como uma alternativa, muitos pesquisadores exploram a síntese ascendente de nanoestruturas, por exemplo, com base na automontagem de moléculas ou blocos de construção em nanoescala. Contudo, alcançar o controle da geometria muitas vezes requer aditivos e surfactantes caros, tornando a preparação de materiais em grande escala bastante desafiadora.

p Como uma alternativa, Professor Assistente Ning Yan, junto com seu Ph.D. os alunos Jasper Biemolt e Pieter Laan, do Instituto Van 't Hoff de Ciências Moleculares da Universidade de Amsterdã, agora exploraram um método relativamente simples de eletrodeposição de hidróxido de cobalto. Em cooperação com pesquisadores da Escola de Física e Tecnologia da Universidade de Wuhan, China, eles foram capazes de projetar e preparar uma variedade de nanoarquiteturas que se assemelham a vários itens em um jardim:solo, brotos, gramíneas, flores, e folhas.

p Os pesquisadores relatam que dominaram o sistema de tal forma que são capazes de desenvolver qualquer uma dessas estruturas à vontade.

p Somando a isso, eles foram capazes de tornar as nanoestruturas cataliticamente ativas por um procedimento de fosfidação simples. As nanoestruturas de fosfeto de cobalto resultantes exibem atividade catalítica bifuncional na divisão eletrolítica da água, aumentando as reações de geração de hidrogênio e oxigênio.

p Nanoestruturas hierárquicas por meio de síntese controlada

p Ning Yan e colegas de trabalho cultivaram seus nano-jardins em um tecido que consiste em fibras de carbono de cerca de 10 micrômetros de diâmetro, um material de eletrodo comum nas indústrias de células de combustível e eletrolisadores. A jardinagem começou com a deposição de uma camada de "solo" encapsulando hidrotermicamente as fibras com uma densa camada de hidróxido de cobalto. Esta camada aumentou a estabilidade estrutural das nanoestruturas. Por meio da variação da concentração de íons e temperatura, eles foram capazes de induzir o "brotamento" de características semelhantes às da grama fortemente "enraizadas" no solo.

p Essas gramíneas têm comprimento médio de 1,5 µm e espessura em torno de 100 nm. Para adicionar flores e folhas às características gramadas, os pesquisadores aplicaram um método de eletrodeposição. Em uma solução diluída, eletrodeposição procede predominantemente da ponta do caule da grama, onde o pequeno raio de curvatura resulta em uma densidade de carga espacial mais alta. Em soluções mais concentradas, a eletrodeposição procede principalmente da parte inferior das hastes. Isso resulta na deposição de feições "folhosas", que na verdade são estruturas de depósito dendrítico entrelaçadas.

p Depois de converter as nanoestruturas de hidróxido de cobalto em fosfeto de cobalto por meio de fosfidação, os pesquisadores avaliaram sua atividade catalítica em um ambiente que representava adequadamente as condições industrialmente relevantes. Como se viu, o desempenho do catalisador em um ambiente ácido está entre os melhores dos atuais catalisadores de metais não preciosos para evolução de hidrogênio. Além disso, em condições ácidas, bem como alcalinas e neutras, as nanocompetições floridas resultaram em frequências de renovação significativamente maiores do que as características folhosas, particularmente em overpotentials mais altos quando a evolução do hidrogênio é influenciada pelas limitações do transporte de massa. Os pesquisadores atribuem isso à geometria das nanofeatures onde as flores permitem uma descarga mais suave do hidrogênio. Contudo, os diferentes ambientes de reação nas posições superior e inferior das nanoestruturas se complementam, resultando em um desempenho geral ideal.

p Finalmente, em experimentos de eletrólise na divisão de água, os pesquisadores mostraram que seus nano-jardins não apenas catalisam a reação de evolução do hidrogênio, mas também a evolução do oxigênio. Esta atividade bifuncional foi mostrada usando uma configuração simétrica de dois eletrodos com nano-jardins completamente idênticos no ânodo e no cátodo. A equipe investigará ainda mais o uso de elétrons para controlar o crescimento de nanocristais em uma síntese de materiais "eletrificados" que promete um futuro sustentável.