(Notícias Nanowerk) O MXene classe de materiais tem muitos talentos. Uma equipe internacional liderada pela química da HZB Michelle Browne demonstrou agora que os MXenes, funcionalizados adequadamente, são excelentes catalisadores para a reação de evolução de oxigênio na divisão eletrolítica da água. Eles são mais estáveis e eficientes do que os melhores catalisadores de óxido de metallic disponíveis atualmente. A equipe está agora caracterizando extensivamente esses catalisadores de MXene para divisão da água na fonte de raios X de Berlim BESSY II e no Síncrotron Soleil na França.
Os resultados foram publicados em Revista de Química de Materiais A (“Aumentando a atividade de reação de evolução de oxigênio de hidróxidos baseados em CuCo com V2TCx MXene”).
O hidrogênio verde é visto como uma das soluções de armazenamento de energia do futuro. O gás pode ser produzido de forma neutra para o clima usando eletricidade do sol ou do vento por divisão eletrolítica da água. Enquanto as moléculas de hidrogênio são produzidas em um eletrodo, as moléculas de oxigênio são formadas no outro. Essa reação de evolução de oxigênio (OER) é um dos fatores limitantes na eletrólise.
Catalisadores especiais são necessários para facilitar essa reação. Entre os melhores candidatos para catalisadores OER estão, por exemplo, óxidos de níquel, que são baratos e amplamente disponíveis. No entanto, eles corroem rapidamente na água alcalina de um eletrolisador e sua condutividade também deixa muito a desejar. Isso está atualmente impedindo o desenvolvimento de eletrolisadores de baixo custo e alto desempenho.
MXene como catalisadores
Uma nova classe de materiais poderia oferecer uma alternativa: MXenes, materiais em camadas feitos de metais, como titânio ou vanádio, combinados com carbono e/ou nitrogênio. Esses MXenes têm uma enorme área de superfície interna que pode ser colocada em uso fantástico, seja para armazenar cargas ou como catalisadores.
Uma equipe internacional liderada pela Dra. Michelle Browne investigou agora o uso de MXenes como catalisadores para a reação de evolução de oxigênio. O aluno de doutorado Bastian Schmiedecke “funcionalizou” quimicamente os MXenes ao acoplar hidróxidos de cobre e cobalto em suas superfícies. Em testes preliminares, os catalisadores produzidos dessa forma provaram ser significativamente mais eficientes do que os compostos de óxido de metallic puro. Além disso, os catalisadores não mostraram degradação e até mesmo eficiência melhorada em operação contínua.
Medidas em BESSY II
Medições na fonte de raios X BESSY II, com Namrata Sharma e Tristan Petit, mostraram por que isso funciona tão bem: “Conseguimos usar a linha de luz Maxymus lá para descobrir como as superfícies externas das amostras de MXene diferem das internas”, explica Schmiedecke. Os pesquisadores combinaram microscopia eletrônica de varredura (SEM/TEM), difração de raios X (XRD), espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), microscopia de transmissão de raios X (STXM) e estrutura de absorção de raios X próxima à borda (XANES) para obter mais insights sobre o materials.
Perspectiva: observação sob carga contínua
“Conseguimos mostrar que os MXenes têm grande potencial para uso como catalisadores em eletrolisadores”, diz Michelle Browne. A colaboração com equipes parceiras do Trinity School, Dublin, Irlanda, e da College of Chemistry and Expertise, Praga continuará. Além de outras variações químicas dos catalisadores MXene, a equipe também planeja testar tais catalisadores em eletrolisadores convencionais em operação contínua.