Novo estudo revela segredos atômicos de catalisadores com tecnologia inovadora do Berkeley Lab

São PauloCientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory desenvolveram um novo método para estudar processos eletroquímicos em nível atômico. Esse método ajuda a entender como funcionam os catalisadores comuns. Eles introduziram um dispositivo chamado célula líquida de polímero (CLP), que permite aos pesquisadores congelar reações e observá-las em diferentes estágios.

Reações eletroquímicas são essenciais para:

• Baterias
• Células de combustível
• Eletrólise
• Geração de combustível em sistemas solares
• Processos biológicos como a fotossíntese

O PLC pode operar com a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para observar reações de forma extremamente detalhada ao nível atômico. Esta tecnologia tem o potencial de aprimorar diversas tecnologias eletroquímicas.

A equipe do Laboratório de Berkeley testou seu método em um catalisador de cobre. Esses catalisadores podem transformar dióxido de carbono em produtos químicos como metanol, etanol e acetona. Os testes revelaram mudanças surpreendentes na interface entre as fases sólida e líquida durante a reação.

Cientistas do Laboratório de Berkeley utilizaram microscópios avançados para estudar como átomos de cobre se movem e se misturam com átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio de uma solução líquida. Eles observaram que essa mistura forma uma camada que não é totalmente sólida nem líquida. Essa camada desaparece quando a corrente elétrica é interrompida, e os átomos de cobre retornam às suas posições originais.

Estudar essa camada intermediária, ainda pouco compreendida, pode ajudar a desenvolver catalisadores mais eficazes e sistemas mais duradouros. Compreender como os catalisadores se degradam é essencial para realizar melhorias.

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Essa cela líquida nos permite observar, em tempo real, o que ocorre na interface entre sólido e líquido durante reações. Podemos ver como os átomos na superfície do catalisador se movem e se transformam. Essas informações são essenciais para projetar catalisadores mais eficientes," afirmou Haimei Zheng, cientista sênior da Divisão de Ciência dos Materiais do Laboratório de Berkeley.

O estudo contou com a participação dos cientistas Zhigang Song da Universidade de Harvard, Xianhu Sun, Yang Liu, Jiawei Wan, Sophia B. Betzler, Qi Zheng, Junyi Shangguan, Karen C. Bustillo, Peter Ercius, Prineha Narang e Yu Huang.

Zhang destacou que a descoberta da interfase amorfa transforma nosso entendimento anterior. À medida que a reação ocorre, a estrutura dessa interfase se altera e influencia o desempenho. Estudando essas mudanças, podemos desenvolver maneiras de melhorar a eficácia dos catalisadores.

Um novo estudo foi publicado em 19 de junho na revista Nature. A pesquisa foi financiada pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA (DOE). O Molecular Foundry, uma instalação apoiada pelo Escritório de Ciência do DOE, contribuiu para este trabalho.

Cientistas estão animados para aplicar essa tecnologia em outros materiais. Agora, eles investigam problemas com baterias de lítio e zinco. As informações obtidas com o TEM habilitado por PLC podem melhorar significativamente muitas tecnologias eletroquímicas.