Compreender a atividade do catalisador para a produção de hidrogénio verde
A investigação é promissora para melhorar as tecnologias de conversão de energia
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Investigadores do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck revelaram novos conhecimentos sobre a atividade dos catalisadores utilizados na produção de hidrogénio verde. O seu estudo, publicado na revista Nature Chemistry, explora a forma como a cinética do catalisador está relacionada com uma interação intrincada entre o solvente interfacial e as alterações químicas na superfície do catalisador, abrindo potencialmente o caminho para tecnologias de conversão de energia mais eficientes.
© FHI
Introdução à Atividade do Catalisador
O Departamento de Ciência das Interfaces do Instituto Fritz Haber tem feito progressos significativos na compreensão do funcionamento dos catalisadores em ambientes aquosos. Esta investigação é crucial para o avanço de tecnologias como a produção de hidrogénio verde, que depende de catalisadores eficientes para dividir as moléculas de água.
Descoberta de um ponto de transição
O estudo, liderado pelo Dr. Martinez-Hincapié e pelo Dr. Oener no departamento do Prof. Roldán Cuenya FHI, utiliza a eletroquímica dependente da temperatura e a espetroscopia operando para investigar a reação de evolução do oxigénio (OER). Esta reação é um ponto de estrangulamento na eletrólise da água, em que a cinética lenta da OER pode impedir a produção de hidrogénio. Os investigadores descobriram um ponto de transição fundamental na cinética dependente da polarização, em que a atividade do catalisador deixa de ser limitada pela acumulação de excesso de carga e passa a ser altamente ativa.
O papel da solvatação
Uma descoberta fundamental do estudo é o papel da solvatação interfacial - um processo pelo qual os iões perdem ou ganham moléculas de solvente. Este passo inicial parece ser crucial para a atividade intrínseca do catalisador. O Dr. Oener explica: "Devemos realmente pensar na interfase catalisador-eletrólito como um todo, e não em termos separados. Não podemos compreender a estabilização do excesso de carga no lado sólido sem a resposta do solvente e não podemos compreender a solvatação de iões interfaciais sem considerar cuidadosamente o que acontece no lado sólido. Isto é particularmente crítico, uma vez que a interface sólida também sofre alterações estruturais e químicas drásticas no decurso da reação. É uma interfase que dá origem à atividade observada".
Perspectivas técnicas
Em termos mais técnicos, o estudo revela que a cinética do catalisador é regida por uma interação intrincada entre a adaptação química e estrutural da superfície do óxido e a resposta das moléculas de água interfaciais. Utilizando a espetroscopia de raios X operando, a equipa observou adaptações estruturais e químicas dos catalisadores de óxido mesmo num potencial de transição importante na cinética. É importante notar que este potencial de transição é independente da carga do catalisador (a quantidade de material utilizado), nem da sua área de superfície. Isto indica que a atividade do catalisador está intrinsecamente ligada à sua capacidade de acumular excesso de carga para interagir com iões solvatados do eletrólito líquido.
Conclusão e direcções futuras
A Prof. Dra. Beatriz Roldán Cuenya salienta a importância de combinar diferentes técnicas de espetroscopia operando que informam sobre a superfície do catalisador, o solvente e a cinética fundamental. Isto é necessário para obter uma visão mais profunda do comportamento do catalisador. A investigação não só faz avançar a nossa compreensão da atividade do catalisador, como também é promissora para melhorar as tecnologias de conversão de energia. A equipa está empenhada em continuar a explorar estas descobertas, com potencial para ter um impacto significativo nos domínios da energia e da tecnologia de conversão química.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Ricardo Martínez-Hincapié, Janis Timoshenko, Timon Wagner, Eduardo Ortega, Jody Druce, Mariana C. O. Monteiro, Martina Rüscher, Joonbaek Jang, Elif Öykü Alagöz, Samuele Lasagna, Leon Jacobse, Arno Bergmann, Beatriz Roldan Cuenya, Sebastian Z. Oener; "Interfacial solvation pre-organizes the transition state of the oxygen evolution reaction"; Nature Chemistry, 2025-9-3
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