A ameaça iminente das alterações climáticas motivou cientistas de todo o mundo a procurar alternativas mais limpas aos combustíveis fósseis, e muitos acreditam que o hidrogénio é a nossa melhor aposta. Como recurso energético amigo do ambiente, o hidrogénio (H₂ ) pode ser usado em veículos e usinas elétricas sem liberar dióxido de carbono na atmosfera.



No entanto, armazenar e transportar H₂ de forma segura e eficiente continua a ser um desafio. O hidrogénio gasoso comprimido representa um risco significativo de explosão e fuga, enquanto o hidrogénio líquido deve ser mantido a temperaturas extremamente baixas, o que é dispendioso. Mas e se pudéssemos armazenar hidrogénio diretamente na composição molecular de outros materiais líquidos ou sólidos?

Esse foi o foco de uma equipe de cientistas do Japão que, em estudo recente publicado na revista Small , investigou o potencial das folhas de boreto de hidrogênio (HB) como transportadores práticos de hidrogênio. Armazenar hidrogênio em folhas de HB não é um conceito inteiramente novo, e muitos aspectos de suas aplicações potenciais como transportadores de hidrogênio já foram estudados. No entanto, retirar o hidrogênio das folhas é a parte complicada.

O aquecimento em altas temperaturas ou forte iluminação ultravioleta (UV) é necessário para liberar hidrogênio (H₂ ) das folhas HB. No entanto, ambas as abordagens têm desvantagens inerentes, como alto consumo de energia ou H₂ incompleto liberar.

Assim, a equipe mergulhou em uma alternativa potencial:a liberação eletroquímica. Com base no mecanismo de H₂ induzido por UV liberação de folhas de HB, a equipe especulou que a injeção de elétrons de um eletrodo catódico em nanofolhas de HB por uma fonte de energia elétrica poderia ser uma maneira superior de liberar H₂ em comparação com a irradiação UV ou aquecimento.

Com base nesta teoria, os pesquisadores dispersaram folhas de HB em acetonitrila – um solvente orgânico – e aplicaram uma voltagem controlada à dispersão. Esses experimentos revelaram que quase todos os elétrons injetados no sistema eletroquímico foram usados ​​para converter H ⁺ íons das folhas HB em H₂ moléculas. Notavelmente, a eficiência Faradaica deste processo, que mede quanta energia elétrica é convertida em energia química, foi superior a 90%.

A equipe também conduziu experimentos de rastreamento de isótopos para confirmar que o H₂ liberado eletroquimicamente originado das folhas HB e não através de alguma outra reação química. Além disso, eles também empregaram microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de fotoelétrons de raios X para caracterizar as folhas antes e depois do H₂ liberação, produzindo mais insights sobre os mecanismos subjacentes do processo.

Estas descobertas contribuem para o desenvolvimento de transportadores de hidrogénio leves e seguros, com baixo consumo de energia. Embora a equipe tenha estudado a forma dispersa das folhas HB no artigo publicado, as descobertas atuais são aplicáveis ​​a sistemas de folhas HB baseadas em filme ou a granel para H₂ liberar. Além disso, a equipe investigará a capacidade de recarga das folhas HB após a desidrogenação em um estudo futuro.

Mais informações: Satoshi Kawamura et al, Liberação eletrolítica de hidrogênio a partir de folhas de boreto de hidrogênio, pequenas (2024). DOI:10.1002/smll.202310239
Informações do diário: Pequeno

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio