Compreender os catalisadores das pilhas de combustível
O estudo constitui uma nova forma de conduzir a investigação sobre electrocatalisadores
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Investigadores do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck revelaram novos conhecimentos fundamentais sobre os princípios de funcionamento dos catalisadores de células de combustível. O seu estudo, publicado na revista Nature Communications, revela como as múltiplas etapas durante a conversão de oxigénio (O2) em água (H2O) dão origem à cinética global do catalisador e como esta está relacionada com alterações na interface catalisador-solução. O estudo constitui um profundo passo em frente na nossa compreensão das reacções electrocatalíticas em várias etapas.
Representação esquemática de uma célula de combustível e dos processos electroquímicos estudados.
Copyright: © FHI
Introdução à atividade do catalisador
Os catalisadores são indispensáveis para o nosso futuro fornecimento de energia. Por exemplo, são utilizados em células de combustível que podem alimentar transportes pesados e de longo alcance. Os avanços contínuos nos catalisadores e uma compreensão profunda dos electrocatalisadores das células de combustível são essenciais para tornar esta tecnologia mais prática para uso diário.
O Departamento de Ciência das Interfaces do Instituto Fritz Haber tem feito progressos significativos na compreensão dos princípios de funcionamento dos catalisadores de células de combustível em condições industrialmente relevantes. Os resultados são cruciais para o avanço da tecnologia eletroquímica e fornecem uma compreensão fundamental das reacções electrocatalíticas em várias etapas.
Uma cascata cinética
O estudo, realizado pelos Drs. Silva e Jody Druce no grupo liderado pelo Dr. Öner no Departamento de Ciência das Interfaces, dirigido pela Prof.ª Dr.ª Beatriz Roldán Cuenya, investiga a forma como o sobrepotencial aplicado eletricamente e a pressãode O2 alteram a cinética da reação de redução de oxigénio (RRO) de quatro catalisadores diferentes num ambiente de célula de combustível praticamente relevante. Descobriram uma cinética dependente do sobrepotencial muito rica, em que a atividade do catalisador não é limitada por um passo determinante da taxa, mas por diferentes passos ao longo de uma interface catalisador-solução que, por sua vez, sofre alterações em função do sobrepotencial.
Perspectivas técnicas
O Dr. Öner explica: "O ponto de vista tradicional na comunidade é que as reacções em várias etapas podem ser reduzidas a um passo intermédio determinante da taxa ou, em termos mais técnicos, que o grau de controlo da taxa deste passo é igual a um. No entanto, as nossas descobertas desafiam este ponto de vista". Os investigadores descobriram que as etapas de limitação da taxa e o seu grau de controlo da taxa mudam em função do sobrepotencial e da pressão. O Dr. Öner sublinha que este estudo constitui uma nova forma de conduzir a investigação sobre electrocatalisadores. "Nas últimas décadas, os investigadores aplicaram frequentemente certos tipos de análises e teorias com o pressuposto subjacente de uma única etapa determinante da taxa. O nosso trabalho rompe com esta tradição. Estamos agora a fornecer um quadro cinético para as descobertas da espetroscopia e microscopia operando que observaram alterações estruturais e químicas dependentes da polarização durante décadas. Uma das questões mais centrais é a forma como as propriedades microscópicas dinâmicas dependentes do sobrepotencial e da pressão dão origem às propriedades do conjunto que definem os parâmetros de ativação. Como tal, os nossos resultados estabelecem uma nova agenda para investigação futura."
Conclusão e direcções futuras
A Prof.ª Dr.ª Beatriz Roldán Cuenya salienta a importância de associar as alterações químicas e estruturais dependentes do sobrepotencial e da pressão na interfase catalisador-solução aos parâmetros de ativação. 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, a fim de obter informações fundamentais adicionais que possam ter impacto nos domínios da energia e da conversão química e tecnologias conexas.
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.
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