Fig. 1:Atividade REA de Co2 FeO4 e CoFe2 O4 nanopartículas. a, b Curvas de voltametria de varredura linear (LSV) registradas a uma taxa de varredura de 10 mV/s em 1,0 M KOH em eletrodos de carbono vítreo depositados com Co2 FeO4 e CoFe2 O4 nanopartículas no estado original e após 100, 500 e 1000 ciclos de medições de voltametria cíclica (CV), c, d CVs de Co2 FeO4 e CoFe2 O4 após um, 100, 500 e 1000 ciclos registrados a uma taxa de varredura de 50 mV/s em 1,0 M KOH sob condições OER, e, f inclinações Tafel de Co2 FeO4 e CoFe2 O4 no primitivo e após 100, 500 e 1000 ciclos, derivados das curvas de LSV em a, b. Os dados de origem são fornecidos como um arquivo de dados de origem. As barras de erro das inclinações de Tafel em e, f foram medidas por ajuste de curva linear. Crédito:DOI:10.1038/s41467-021-27788-2
Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum, da Universidade de Duisburg-Essen e do Instituto Max Planck de Conversão de Energia Química em Mülheim an der Ruhr cooperaram no projeto como parte do Centro de Pesquisa Colaborativa "Catálise de oxidação heterogênea na fase líquida".
Na RUB, uma equipe liderada por Weikai Xiang e o professor Tong Li da Caracterização em Escala Atômica trabalhou em conjunto com a Cátedra de Eletroquímica e Materiais em Nanoescala e a Cátedra de Química Industrial. Institutos em Xangai, na China, e Didcot, no Reino Unido, também estiveram envolvidos. A equipe apresenta suas descobertas na revista
Nature Communications , publicado online em 10 de janeiro de 2022.
Partículas observadas durante o processo de catálise Os pesquisadores estudaram dois tipos diferentes de nanopartículas feitas de óxido de ferro cobalto que tinham cerca de dez nanômetros. Eles analisaram as partículas durante a catálise da chamada reação de evolução do oxigênio. Esta é uma meia reação que ocorre durante a divisão da água para a produção de hidrogênio:o hidrogênio pode ser obtido pela divisão da água usando energia elétrica; hidrogênio e oxigênio são produzidos no processo. O gargalo no desenvolvimento de processos de produção mais eficientes é a reação parcial na qual o oxigênio é formado, ou seja, a reação de evolução do oxigênio. Esta reação altera a superfície do catalisador que se torna inativa ao longo do tempo. As mudanças estruturais e de composição na superfície desempenham um papel decisivo na atividade e estabilidade dos eletrocatalisadores.
Para pequenas nanopartículas com tamanho em torno de dez nanômetros, obter informações detalhadas sobre o que acontece na superfície do catalisador durante a reação continua sendo um desafio. Usando tomografia com sonda atômica, o grupo visualizou com sucesso a distribuição dos diferentes tipos de átomos nos catalisadores de óxido de ferro cobalto em três dimensões. Ao combiná-lo com outros métodos, eles mostraram como a estrutura e a composição da superfície mudaram durante o processo de catálise – e como essa mudança afetou o desempenho catalítico.
"A tomografia com sonda atômica tem um enorme potencial para fornecer informações atômicas sobre as mudanças de composição na superfície das nanopartículas do catalisador durante importantes reações catalíticas, como reação de evolução de oxigênio para produção de hidrogênio ou CO
2 redução", conclui Tong Li.
+ Explore mais Determinada atividade catalítica de nanopartículas de óxido de cobalto individuais
