Produção de hidrogênio melhorada com inovação de nanoagulhas

Jan 29, 2024

A produção de hidrogénio eficiente e de baixo custo é crucial para facilitar a transição para energia limpa.

O método atual para produzir hidrogênio verde é por meio da divisão eletroquímica da água. Este processo divide a água em seus elementos hidrogênio e oxigênio usando um eletrocatalisador.

No entanto, os eletrocatalisadores têm sido baseados em elementos caros como a platina. Isto torna difícil a aplicação desta tecnologia em escala comercial generalizada.

Agora, os pesquisadores demonstraram que a adição de molibdênio a um catalisador de fosfeto de níquel-cobalto e a síntese dele com um processo hidrotérmico gradiente cria uma microestrutura única. Essa microestrutura melhorou o desempenho do catalisador, resultando em um processo mais aplicável à produção de hidrogênio em larga escala.

O artigo, 'Eletrocatalisador altamente eficiente e estável para a evolução do hidrogênio por nanoagulhas de fosfeto de Ni-Co dopadas com molibdênio em alta densidade de corrente', foi publicado na Nano Research.

“A combinação inovadora de processos gradientes hidrotérmicos e de fosfatização forma uma estrutura de microesferas”, disse Yufeng Zhao, professor da Faculdade de Ciências e Instituto de Energia Sustentável da Universidade de Xangai, em Xangai, China.

“Essas nanopartículas com diâmetro de aproximadamente cinco a dez nanômetros formam nanoagulhas, que posteriormente se automontam em uma estrutura esférica. As nanoagulhas oferecem locais ativos abundantes para transferência eficiente de elétrons e a presença de partículas de pequeno tamanho e rugosidade em microescala aumenta a liberação de bolhas de hidrogênio.”

Os pesquisadores criaram a microestrutura usando dopagem de elementos. Esta técnica consiste na adição intencional de impurezas a um catalisador para melhorar a sua atividade.

No estudo, molibdênio (Mo) foi adicionado ao fosfeto bimetálico de níquel-cobalto (Ni-Co) (P). A forma como os íons de cobalto e níquel interagem já proporciona aos fosfetos de Ni-Co um desempenho eletrocatalítico excepcional.

Uma vez adicionado o molibdênio e utilizado um processo hidrotérmico gradiente, o Ni-CoP dopado com Mo foi depositado em uma espuma de níquel.

A microestrutura única das nanoagulhas foi então formada no fosforeto.

“A dopagem com traços de molibdênio otimiza a estrutura eletrônica e aumenta o número de sítios eletroativos”, disse Zhao.

A equipe testou o catalisador Ni-CoP dopado com Mo quanto à confiabilidade, estabilidade e desempenho. Eles descobriram que a densidade permaneceu quase constante após 100 horas e que sua estrutura estava bem mantida.

Isso se deveu à estrutura única das nanoagulhas, que evita o colapso do catalisador à medida que o hidrogênio se acumula. Os seus cálculos também mostraram que o catalisador era excepcionalmente eficiente para facilitar a produção de hidrogénio.

Olhando para o futuro, a equipe espera testar o desempenho da reação em diferentes soluções.

Estudos futuros também procurarão alternativas à espuma de níquel, como a malha de titânio, que possa operar em toda a faixa de pH.

“Em trabalhos futuros, recomendamos explorar a aplicação do catalisador na produção de hidrogênio assistida por oxidação de pequenas moléculas, como a ureia. Esta abordagem reduziria o potencial excessivo de eletrólise da água e mitigaria a poluição ambiental causada pelas águas residuais de ureia”, disse Zhao.

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