Pesquisadores do Centro de Excelência em Tecnologia de Energia e Catálise NaNo (CONNECT), da Universidade de Xiamen, na Malásia, descobriram que um eletrocatalisador livre de metais nobres melhora a eficiência da produção de hidrogênio a partir da água. Eles desenvolveram com sucesso um eletrocatalisador de água altamente eficiente chamado WS2/N-rGO/CC. Durante a eletrólise, esse eletrocatalisador avançado apresenta desempenho notável na reação de evolução de hidrogênio (HER). Esse eletrodo reduz custos e maximiza a eficiência da geração de hidrogênio sem a necessidade de catalisadores ou aditivos caros. Essa descoberta é considerada um avanço na atividade eletroquímica e contribuirá significativamente para as iniciativas nacionais da Malásia.
Pesquisadores do Centro de Excelência em Tecnologia de Energia e Catálise de NaNo (CONNECT), da Universidade de Xiamen , na Malásia, desenvolveram um eletrocatalisador de água durável e eficiente . Ele é feito de um material chamado dissulfeto de tungstênio (WS2) , um material bidimensional com propriedades semicondutoras. Esse material atua como um aceptor ou doador de elétrons no processo de eletrólise.
Um eletrocatalisador altamente avançado, conhecido como WS2/N-rGO/CC , é meticulosamente fabricado sobre um tecido de carbono (CC). Este material combina as propriedades extraordinárias do óxido de grafeno reduzido (rGO) com a infusão de uma quantidade mínima de nitrogênio (N). Isso resulta em um semicondutor de óxido de grafeno reduzido transformado, formando um semicondutor de rede bidimensional.
Queimar gás hidrogênio como combustível não causa aquecimento global. No entanto, a maior parte do gás hidrogênio hoje é feito de combustíveis fósseis, que liberam gases de efeito estufa. Para atingir a neutralidade de carbono no futuro, é importante gerar hidrogênio de fontes limpas, como a divisão de moléculas de água com eletricidade. Mas os métodos atuais são ineficientes e limitam o uso prático de tecnologias baseadas em hidrogênio.
Um eletrocatalisador aprimorado aumenta a eficiência da produção de gás hidrogênio por meio da eletrólise. Isso é alcançado pelo aumento da atividade eletroquímica, da área de superfície de reação e da durabilidade.
Por meio de uma reação hidrotérmica , a estrutura bidimensional do WS2 pode ser transformada em nanoflores, que são formações tridimensionais semelhantes a flores. Essas nanoflores possuem propriedades notáveis, incluindo o aumento da área superficial para o eletrocatalisador. Como resultado, elas aumentam significativamente a eficiência da reação, levando a melhorias expressivas no desempenho geral.
O autor principal do artigo, Feng Ming Yap , afirmou: “Sintetizar um eletrodo autossustentável para a reação de evolução de hidrogênio na hidrólise da água é crucial porque aborda um desafio fundamental na produção de energia limpa. Os métodos tradicionais geralmente dependem de catalisadores e suportes caros, o que pode limitar a eficiência e a escalabilidade da produção de hidrogênio.”
Ele acrescentou ainda: “Nosso trabalho representa um avanço significativo ao criar um eletrodo autossustentável que não apenas aprimora a atividade eletrocatalítica, mas também oferece uma solução econômica e sustentável para a geração de hidrogênio”. Feng Ming Yap também é aluno de pós-graduação na Escola de Engenharia Química e de Energia da Universidade de Xiamen, na Malásia, em Selangor Darul Ehsan.
O WS2/N-rGO/CC é considerado um eletrodo autossustentável porque incorpora as espécies ativas do eletrocatalisador, o dissulfeto de tungstênio, diretamente nos materiais condutores. Isso elimina a necessidade de ligantes poliméricos ou aditivos, que poderiam mascarar os sítios ativos do catalisador ou impedir a condutividade eletrônica. Como resultado, a eficiência da reação é maximizada , levando a um desempenho aprimorado.
Para determinar a concentração ideal de dimetilformamida (DMF) para atingir a transição de fase metálica 1T desejada do WS2, a equipe de pesquisa conduziu experimentos incorporando diferentes quantidades de DMF na reação de síntese hidrotérmica final.
O eletrodo feito com uma concentração de 50% de DMF em água mostrou melhores qualidades em comparação aos eletrodos feitos com soluções de 0, 25, 75 e 100 por cento de DMF. Então, é altamente possível que o eletrocatalisador livre de metais nobres melhore a eficiência da evolução de hidrogênio da água.
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O supervisor do projeto e professor associado da Escola de Engenharia Química e de Energia da Universidade de Xiamen, na Malásia, Wee-Jun Ong , afirmou: “Nosso eletrodo pode produzir hidrogênio de forma eficiente em uma ampla faixa de condições de pH, tornando-o versátil e adaptável para diversas aplicações práticas. É um passo em direção à produção sustentável e eficiente de hidrogênio, essencial para um futuro energético mais limpo.”
Mais importante ainda, o eletrocatalisador baseado em 50% de WGC apresentou desempenho superior em comparação com o eletrocatalisador de referência de platina, que era 20% Pt-C/CC, para a reação de evolução de hidrogênio (HER) em condições ácidas e básicas. Notavelmente, o WGC com 50% de WGC exibiu um sobrepotencial significativamente menor, indicando uma menor necessidade de energia para a eletrólise da água, em comparação com o Pt-C/CC com 20% de WGC. Especificamente, o sobrepotencial para o WGC com 50% de WGC foi medido em impressionantes 21.13 mV, enquanto o Pt-C/CC com 20% de WGC apresentou um sobrepotencial maior, de 46.03 mV.
Segundo a equipe de pesquisa , a importância do desenvolvimento de eletrocatalisadores econômicos e energeticamente eficientes, como o WGS de 50%, é fundamental para a concretização dos objetivos globais de energia limpa. Esta pesquisa é parte integrante das iniciativas nacionais da Malásia, especificamente o Roteiro Nacional de Transição Energética (NETR) e o Roteiro da Economia e Tecnologia do Hidrogênio (HETR) . Seu objetivo é contribuir efetivamente para as metas de energia sustentável da Malásia nos próximos cinco anos.
“Nosso objetivo é explorar a escalabilidade e a implementação prática de nossa tecnologia de eletrodos autossustentáveis. Nossa meta final é contribuir para a transição para um cenário energético sustentável, onde o hidrogênio possa desempenhar um papel crucial como fonte de energia limpa e renovável”, disse Ong.
Jian Yiing Loh , pesquisador da Universidade de Xiamen, na Malásia, desempenhou um papel fundamental no estudo realizado na Escola de Engenharia de Energia e Química e no Centro de Excelência em Tecnologia de Energia e Catálise NaNo (CONNECT) em Selangor Darul Ehsan, Malásia.
Fonte : evolução eletrocatalítica universal de hidrogênio em pH
