Na busca por alternativas sustentáveis para fontes de energia baseadas em carbono, a eficiência e a escalabilidade das tecnologias desempenham um papel crucial. Os desenvolvimentos em catalisadores de átomo duplo impulsionam a Energia Renovável e, especificamente, os sistemas de divisão de água (WWSs), oferecem uma solução promissora. Ao usar DACs, é possível melhorar reações importantes como redução/evolução de oxigênio e evolução de hidrogênio. Isso oferece um avanço significativo na tecnologia de baterias com catalisadores de átomo duplo eficientes na conversão de energia.
Cientistas do Instituto de Bioenergia e Biotecnologia de Qingdao, na China, têm como objetivo aprimorar o desempenho dos sistemas de eletrólise da água (WSSs) melhorando o projeto das principais semirreações. Essas reações incluem as reações de redução de oxigênio, as reações de evolução de oxigênio e as reações de evolução de hidrogênio. Tecnologias rápidas, eficientes e escaláveis são necessárias na busca por alternativas sustentáveis às fontes de energia baseadas em carbono. Baterias movidas a energia solar, na forma de sistemas de eletrólise da água (WWSs), apresentam uma solução promissora. As etapas de reação complexas e lentas associadas aos WWSs atualmente dificultam sua ampla adoção. Catalisadores de átomos duplos melhoram a velocidade e o desempenho de reações importantes. Ao atuarem como uma ponte entre catalisadores de átomo único e nanopartículas de metal/liga, eles podem alcançar avanços notáveis nesses processos.
O autor correspondente do estudo, Jiang Heqing, afirmou: "As reações de redução/evolução de oxigênio e de evolução de hidrogênio são as reações principais, envolvendo processos de acoplamento multi-próton-elétron, que são cineticamente lentas, portanto, é urgente desenvolver materiais eletrocatalíticos eficientes, estáveis e de baixo custo para melhorar sua eficiência de conversão."
Importância dos DACs
Os catalisadores de átomo duplo (DACs) possuem múltiplos átomos metálicos por sítio ativo, o que os torna importantes na catálise energética. Eles apresentam atividade catalítica versátil, uso eficiente de átomos e melhor interação com intermediários de reação em comparação com os catalisadores de átomo único (SACs). Além disso, o uso de SACs em sistemas de conversão de energia prejudica significativamente a eficiência da conversão devido às elevadas barreiras de reação.
Os átomos metálicos duplos nos DACs formam um efeito sinérgico que permite a modulação eficiente dos efeitos cooperativos entre os dois sítios ativos. Isso, por sua vez, leva a uma diminuição significativa das barreiras de energia necessárias para a reação.
Importância dos métodos de sinterização
Para expandir o potencial dos DACs e promover seu uso generalizado, é importante aprofundar o estudo de seu mecanismo de síntese utilizando métodos de sinterização em alta temperatura. Isso, sem dúvida, impulsionará seu desenvolvimento e os tornará mais acessíveis para fins comerciais. O processo de atomização e sinterização visa transformar o cobalto em nanopartículas por meio da atomização. Em seguida, essas nanopartículas são utilizadas para criar espécies de átomo único (SA) e de átomo duplo (DA) por meio da sinterização.
A importância estratégica desta pesquisa reside na sua capacidade de revelar diversas aplicações da atomização/sinterização na criação de 21 outros DACs (células de atomização direta). Ao compreender como esses DACs se formam através do processo de atomização/sinterização, diversas oportunidades se abrirão para explorar o aproveitamento sustentável de energia. À medida que o número de DACs aumenta, também aumenta o potencial para novos avanços nesta área.
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Composto estável e resultados promissores
O composto de dois átomos Co2N5 foi submetido a testes rigorosos em baterias de zinco-ar, e os resultados foram extremamente promissores. A notável estabilidade das baterias de zinco-ar, atingindo cerca de 800 horas (aproximadamente 1 mês) , foi verdadeiramente excepcional. Além disso, essas baterias exibiram outra característica notável: a capacidade de decompor água continuamente por cerca de 1,000 horas (aproximadamente 1 mês e meio), proporcionando operação ininterrupta , mesmo no escuro. Esses resultados representam um avanço significativo na tecnologia de baterias.
Jiang Heqing afirmou: “O trabalho com DACs está em andamento. Essa estratégia universal e escalável oferece oportunidades para o projeto controlado de catalisadores multifuncionais de átomos duplos eficientes em tecnologias de conversão de energia.”
Os avanços em catalisadores de átomos duplos impulsionam a energia renovável, mas melhorias adicionais podem ser feitas para aprimorar as capacidades dos catalisadores bimetálicos. Também é instrutivo avaliar seu desempenho em diversas condições, como baixas temperaturas ou água do mar, para identificar possíveis desafios que possam dificultar seu uso em larga escala ou comercial.
Fonte : Avanços em catalisadores de átomos duplos tornam as fontes de energia renováveis mais eficientes
