Catalisador de nanofeetes baseado em paládio de baixo custo corresponde ao desempenho da Platinum na produção de hidrogênio

A energia de hidrogênio está emergindo como um fator-chave de um futuro limpo e sustentável, oferecendo uma alternativa de emissão zero aos combustíveis fósseis. Embora seja promissor, a produção em larga escala de hidrogênio depende fortemente de catalisadores caros à base de platina e, portanto, a acessibilidade continua sendo um grande desafio para a indústria.

Para superar isso, pesquisadores da Universidade de Ciências de Tóquio (TUS) desenvolveram um novo catalisador de evolução de hidrogênio, bis (diimino) nanopartículas de coordenação de paládio (PDDI), que oferece eficiência de platina por uma fração do custo. O estudo deles foi publicado em Química – um diário europeu.

O estudo foi liderado pelo Dr. Hiroaki Maeda e pelo professor Hiroshi Nishihara da TUS em colaboração com pesquisadores de alto nível da Universidade de Tóquio, Japão Syncrotron Radiation Analysis Institute, Instituto de Tecnologia de Kyoto, Riken Spring-8 Heart e Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, Japão.

A descoberta marca uma inovação na tecnologia de reação de evolução de hidrogênio (HER), que é um processo -chave na geração de energia de hidrogênio verde. Seu ocorre no processo de divisão eletrolítica da água para a geração de hidrogênio. Os seus eletrodos de catalisador, tradicionalmente feitos de platina, facilitam a conversão de hidrogênio nascente ((h)) – gerado na superfície do eletrodo durante a divisão da água – no gás hidrogênio (H₂).

Embora a platina (Pt), como seu catalisador, seja altamente eficaz, sua escassez e alto custo aumentam significativamente as despesas de fabricação, limitando sua aplicação em larga escala.

Usando um processo simples de síntese e quantidades limitadas de metais preciosos, a equipe de pesquisa ofereceu uma alternativa altamente eficiente para os catalisadores de PT. A equipe fabricou nanopartículas à base de paládio que poderiam maximizar atividade catalítica Ao minimizar o uso de metais, diminuindo drasticamente os custos associados à produção de H₂.

“Desenvolvendo eficiente seus eletrocatalisadores é essencial para a produção sustentável de H₂. NanoSofáticas de coordenação metálica BIS (Diimino), com sua alta condutividade, grande área superficial e transferência de elétrons eficientes, são candidatos promissores”, diz o pesquisador principal, Dr. Maeda. “Além disso, seu arranjo esparso de steel reduz o uso de materiais. Aqui, desenvolvemos com sucesso essas nanopartículas usando o Steel Palladium”.

A equipe desenvolveu nanopartículas de PDDI (C-PDDI e E-PDDI) usando dois métodos diferentes: síntese interfacial de gás-líquido e oxidação eletroquímica, respectivamente. Depois de passar pela ativação, as folhas de E-PDDI exibiram um baixo superpotencial de 34 mV, bem como a superpotencial da platina de 35 mV, o que significava que muito pouca energia further period necessária para impulsionar a produção de hidrogênio.

A densidade de corrente de troca de 2,1 mA/cm² também correspondeu ao desempenho catalítico da platina. Os resultados, portanto, colocam o e-PDDI entre os mais eficientes que seus catalisadores se desenvolveram até o momento, tornando-o uma alternativa promissora de baixo custo à platina.

Um dos aspectos críticos de qualquer catalisador é sua estabilidade a longo prazo. Essas nanopartículas PDDI demonstraram excelente durabilidade, permanecendo intactas após 12 horas em condições ácidas, confirmando sua adequação aos sistemas de produção de hidrogênio no mundo actual. “Nossa pesquisa nos aproxima um passo de tornar a produção de H₂ mais acessível e sustentável, um passo essential para alcançar um futuro de energia limpa”, explica o Dr. Maeda.

Além disso, minimizando a dependência de platina escassa e dispendiosa, as nanopartículas de PDDI estão alinhadas com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (ODS): SDG 7 – Promoção de energia acessível e limpa, SDG 9 – Business, inovação e infrastrrutura.

As implicações deste estudo se estendem além das experiências de laboratório. A escalabilidade, a atividade aprimorada e a relação custo-benefício das nanopartículas de PDDI os tornam altamente atraentes para a produção industrial de hidrogênio, células de combustível de hidrogênio e sistemas de armazenamento de energia em larga escala.

A substituição de catalisadores à base de platina por PDDI pode reduzir as emissões relacionadas à mineração, acelerando a transição para uma economia sustentável de hidrogênio. Além disso, a densidade dos átomos de paládio é 10 vezes menor que os átomos de Pt, reduzindo a dependência de metais de Pt preciosos e se aproximando da produção econômica de eletrodos. Espera-se que a substituição de Pt por nanopartículas de PDDI produza ótimos resultados em automóveis, produção de hidrogênio e indústrias de fornecimento de eletrodos.

À medida que a pesquisa avança, a equipe da TUs pretende otimizar ainda mais as nanopartículas de PDDI para comercialização, contribuindo para o desenvolvimento de um ambiente ecológico hidrogênio sociedade.