No novo estudo publicado na revista International Journal of Extreme Manufacturing em 1º de novembro de 2023, pesquisadores do Reino Unido e da China relataram uma nova técnica baseada em um mecanismo de reação hidrotérmica induzida por laser (LIHR) para o crescimento de nanoarquitetura de óxido metálico binário e hidróxidos duplos em camadas em espumas de níquel para aplicações eletrocatalíticas.



A produção eletroquímica de hidrogênio em larga escala a partir da divisão da água requer o desenvolvimento de eletrocatalisadores para superar as barreiras de energia cinética para a reação de evolução do hidrogênio (HER) e a reação de evolução do oxigênio (OER). Os eletrocatalisadores precisam ser ativos, estáveis ​​e de baixo custo.

Entre vários candidatos, os catalisadores não preciosos à base de níquel, particularmente os catalisadores Ni-Mo, ganharam amplo reconhecimento para HER alcalino e hidróxidos duplos em camadas (LDHs) baseados em metais de transição (Fe, Co, Ni) para catalisadores OER em meios alcalinos .

No entanto, esses eletrocatalisadores são geralmente sintetizados por métodos hidrotérmicos ou solvotérmicos, exigindo autoclaves e solventes, e também são demorados e necessitam de alto consumo de energia.

Para enfrentar esses desafios, a equipe, pioneira na síntese de eletrocatalisadores a laser, desenvolveu ainda esta rota alternativa ao tratamento hidrotérmico convencional por irradiação a laser de um substrato imerso em um líquido contendo precursores de sais metálicos.

Quando a interação do feixe de laser na interface entre o líquido (contendo precursores Ni/Mo ou Fe/Ni) e o substrato de níquel gera uma condição de alta temperatura e alta pressão, que satisfaz a exigência de crescimento de óxido metálico no substrato, o crescimento de NiMoO₄ nanofolhas ou hidróxido duplo em camadas de NiFe ocorrem em espumas de níquel através do mecanismo de reação hidrotérmica.

O primeiro autor, Dr. Yang Sha, da Universidade de Manchester, disse:"Tais nanoestruturas produzidas pelo LIHR exibem excelente atividade catalítica para a divisão geral da água e, mais importante, com durabilidade superior sob uma densidade de corrente industrial, para a maioria dos catalisadores relatados e catalisadores comerciais de metais preciosos. Além disso, o LIHG melhora a taxa de produção em mais de 19 vezes, mas consome apenas 27,78% da energia total exigida pelos métodos hidrotérmicos convencionais para atingir a mesma produção.

O professor Zhu Liu, da Academia Chinesa de Ciências, Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo, comentou:"O LIHR foi relatado pela primeira vez em 2013 por Yeo et al. Para produzir nanofios locais de ZnO por meio de reações fototérmicas. Esta técnica é rápida, versátil e escalonável e econômico, permitindo a síntese direta de nanoestruturas de óxido metálico."

"No entanto, esta técnica tem sido pouco estudada e suas aplicações potenciais ainda não foram exploradas. Esperamos que este estudo ofereça uma nova rota para a síntese rápida de eletrodos eletrocatalíticos independentes. Continuamos a estender suas aplicações, incluindo o crescimento LIHR de óxido metálico nanoestruturado (ZnO, SnO₂ ) filmes finos para células solares de perovskita."

Mais informações: Yang Sha et al, Rumo a um novo caminho para a síntese rápida de eletrodos eletrocatalíticos via reação hidrotérmica induzida por laser para divisão de água, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ad038f
Fornecido por International Journal of Extreme Manufacturing