Estudo revela: MXenes como catalisadores superiores para a geração de hidrogênio verde

São PauloUma equipe internacional de pesquisadores, liderada pela química Michelle Browne do HZB, alcançou avanços significativos na eficiência e durabilidade dos catalisadores utilizados na reação de evolução do oxigênio para a produção de hidrogênio verde. Ao adicionar hidróxidos de cobre e cobalto aos MXenes, um tipo de material em camadas, a equipe desenvolveu um novo catalisador que supera os tradicionais óxidos metálicos. Esses catalisadores aprimorados podem ser extremamente úteis em eletrólisadores para divisão da água, aproximando-nos de um combustível de hidrogênio sustentável.

MXenes são compostos por metais como titânio ou vanádio, combinados com elementos como carbono ou nitrogênio, resultando em uma área de superfície interna considerável. Essa característica os torna altamente versáteis para diversas aplicações, desde armazenamento de energia até catálise. As propriedades que os tornam adequados para esses usos incluem:

• Alta área de superfície interna
• Capacidades excepcionais de armazenamento de carga
• Flexibilidade para modificações químicas

A equipe descobriu que os catalisadores de MXeno, produzidos por meio de um processo especial, eram superiores aos óxidos de níquel em eficiência e durabilidade. Os óxidos de níquel se degradam rapidamente em ambientes alcalinos e não conduzem eletricidade de forma eficiente. No entanto, os catalisadores de MXeno não apresentaram degradação e até mesmo melhoraram seu desempenho com o uso contínuo.

A estabilidade e o desempenho desses materiais foram comprovados por meio de testes rigorosos no BESSY II, na Alemanha, e no Synchrotron Soleil, na França. Utilizaram-se técnicas como microscopia eletrônica de varredura (SEM/TEM), difração de raios X (XRD) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS). Esses testes revelaram diferenças significativas entre as superfícies externa e interna dos MXenes, o que explica a alta eficácia dos catalisadores aprimorados.

Esta pesquisa pode trazer grandes vantagens. Com a crescente demanda por energia renovável, novos e eficientes eletrolisadores podem revolucionar a produção de hidrogênio verde. Esses avanços podem tornar o uso do hidrogênio como fonte de energia limpa mais comum e acessível.

A equipe está dando continuidade ao trabalho com o Trinity College, de Dublin, e a Universidade de Química e Tecnologia de Praga. Eles estão investigando novos tipos de MXenes e testando esses materiais em eletrólisers padrão que funcionam continuamente. Esta pesquisa pode levar a maneiras eficientes e escaláveis de produzir hidrogênio verde, contribuindo para a neutralidade de carbono global.