A oxidação da platina observada em tempo real: a chave para eletrolisadores mais duradouros
Novas descobertas sobre a oxidação da platina poderão tornar as tecnologias de hidrogénio mais acessíveis
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Os eletrolisadores produzem hidrogénio. As pilhas de combustível, por sua vez, geram eletricidade a partir do hidrogénio. Ambas as tecnologias são consideradas elementos fundamentais da transição energética, oferecendo soluções consolidadas para o armazenamento, transporte e produção de energia renovável. No entanto, existe um desafio: os catalisadores de platina frequentemente utilizados nestes sistemas perdem gradualmente o seu desempenho sob cargas operacionais elevadas. De certa forma, «desgastam-se» demasiado rapidamente, aumentando os custos das tecnologias de hidrogénio.
Uma equipa de investigação envolvendo o DESY observou agora, pela primeira vez, em tempo real, como se forma uma camada de óxido na superfície da platina sob tensão elétrica. As descobertas poderão ajudar a abrir caminho para tecnologias de hidrogénio mais duradouras. Os resultados foram agora publicados na revista Nature Communications.
A platina é um dos materiais mais importantes utilizados em eletrolisadores e células de combustível. O metal precioso atua como catalisador, acelerando as reações químicas necessárias, por exemplo, para produzir ou utilizar hidrogénio. Sob tensões elevadas, no entanto, a superfície do material altera-se e perde gradualmente a atividade catalítica.
Uma equipa de investigação internacional investigou agora estas alterações a nível atómico, utilizando métodos de raios X de alta resolução na fonte de raios X PETRA III do DESY. As medições mostram que se forma gradualmente uma fina camada de óxido na superfície da platina sob tensão elétrica, alterando a estrutura interna do material.
«Estamos a assistir a um equilíbrio entre estabilidade e atividade», afirma Andreas Stierle, cientista principal no DESY e professor na Universidade de Hamburgo. «A oxidação protege parcialmente a superfície da platina contra uma maior perda de material, mas, ao mesmo tempo, torna o catalisador menos eficiente. Compreender melhor estes processos é crucial para o desenvolvimento de materiais mais duradouros para eletrolisadores e células de combustível.»
Os investigadores observaram também que a oxidação decorre camada a camada e forma uma camada desordenada de óxido de platina a altas tensões. Para as experiências, a equipa combinou pela primeira vez três métodos complementares de raios X para investigar simultaneamente a estrutura atómica da superfície da platina, a espessura da camada de óxido e a sua composição química – tudo isto em condições de funcionamento realistas.
“O principal avanço foi a combinação de técnicas de radiação síncrotron de última geração com um método bem estabelecido da eletroquímica fundamental”, afirma o primeiro autor, Leon Jacobse, que realizou o trabalho no Centro de Ciência de Raios X e Nanociência (CXNS) do DESY. «Isto permitiu-nos acompanhar as alterações à escala atómica enquanto a reação estava efetivamente a ocorrer.»
Vedran Vonk, da equipa de Andreas Stierle, acrescenta: «A nova combinação de métodos permite-nos acompanhar as alterações estruturais nos catalisadores em tempo real, em condições operacionais realistas. Isto permite-nos associar diretamente o desempenho do material aos processos de envelhecimento.»
Um importante passo em frente: só compreendendo os minúsculos processos que ocorrem ao nível dos átomos de platina é que os investigadores podem desenvolver novas estratégias para contrariar a degradação. Vedran Vonk acrescenta: “Isto também abre novas possibilidades para outros processos eletroquímicos, incluindo tecnologias de baterias, onde ocorrem efeitos de envelhecimento semelhantes.”
Estudos futuros irão investigar como os materiais catalisadores mais próximos de aplicações do mundo real – tais como as nanopartículas de platina – se alteram em condições de funcionamento. A longo prazo, as descobertas poderão ajudar os investigadores a desenvolver materiais mais eficientes em termos de recursos e mais acessíveis para eletrolisadores, contribuindo para tecnologias de hidrogénio mais eficientes e economicamente viáveis.
O estudo envolveu investigadores do Centro de Ciência de Raios X e Nanociência (CXNS) do Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, da Universidade de Hamburgo, da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e da Universidade Justus Liebig de Giessen.
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Publicação original
Leon Jacobse, Ralf Schuster, Mona Kohantorabi, Daniel Silvan Dolling, Johannes Pfrommer, Xin Deng, Tim Weber, Olof Gutowski, Ann-Christin Dippel, Olaf Brummel, Yaroslava Lykhach, Heshmat Noei, Herbert Over, Jörg Libuda, Vedran Vonk, Andreas Stierle; "Platinum oxide formation under oxygen evolution reaction conditions"; Nature Communications, Volume 17, 2026-5-14
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