Novas dinâmicas descobertas na catálise heterogénea
Os investigadores demonstraram que os catalisadores sólidos podem, por vezes, comportar-se de forma diferente do que se supunha anteriormente durante a produção de hidrogénio
A evolução do oxigénio é considerada uma das etapas mais intensivas em energia na eletrólise da água e é, por isso, um fator-chave para uma produção mais eficiente de hidrogénio verde. A modelização dos mecanismos de reação tem-se baseado, até agora, no pressuposto de que as etapas elementares ocorrem sequencialmente e não de forma concertada. Uma equipa liderada pelo Prof. Dr. Kai S. Exner, da Universidade de Duisburg-Essen, demonstrou agora que este pressuposto nem sempre é correto. Os resultados, publicados na revista Nature Communications, abrem novas possibilidades de melhorar os catalisadores sólidos para aplicações de conversão e armazenamento de energia.
Existem dois tipos básicos de catálise: os catalisadores homogéneos têm o mesmo estado físico que as substâncias a converter (por exemplo, são todos líquidos), enquanto os catalisadores heterogéneos se encontram numa fase diferente, por exemplo, um sólido que reage com líquidos ou gases. Para que uma reação ocorra na superfície de um catalisador sólido, os materiais de partida (reagentes) devem fixar-se à sua superfície (adsorção) e dissolver-se novamente após a reação ter ocorrido (dessorção).
Até agora, a investigação sobre catalisadores sólidos - ou seja, a variante heterogénea - tem assumido que a adsorção e a dessorção ocorrem sequencialmente: o reagente liga-se ao catalisador, reage e depois o produto dissolve-se. No entanto, na catálise homogénea, sabe-se que estes passos ocorrem em simultâneo.
Na modelização dos mecanismos de reação em catálise heterogénea, nem sempre foram tidas em conta as possíveis etapas elementares simultâneas. No entanto, um estudo teórico no âmbito do Cluster de Excelência RESOLV mostra agora que o dióxido de irídio sólido (IrO₂), que é utilizado como material anódico para a produção de hidrogénio verde, se comporta de forma semelhante a um catalisador homogéneo no que diz respeito à evolução do oxigénio: o oxigénio é produzido num "mecanismo do tipo Walden", no qual a adsorção e a dessorção ocorrem de forma concertada, análoga às variantes homogéneas. Isto contradiz as ideias anteriores e abre novas possibilidades para melhorar os catalisadores sólidos que estão mais próximos dos princípios dos processos homogéneos em solução.
A investigação de Exner baseia-se em vários projectos conjuntos da Universidade de Duisburg Essen e da University Alliance Ruhr: o projeto Natural Water to Hydrogen, dirigido pela Prof. Dra. Corina Andronescu, o Collaborative Research Centre 247 Heterogeneous Oxidation Catalysis in the Liquid Phase e, por último, mas não menos importante, a investigação no novo edifício Active Sites, cuja cerimónia de inauguração teve lugar recentemente.
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