Uma mudança estrutural em nanoescala desbloqueia ganhos poderosos em velocidade catalítica e estabilidade para a geração de hidrogênio limpo.
Crédito da imagem: Litvinova Oxana/Shutterstock.com
Um estudo recente publicado em Materiais e Interfaces introduziu uma nova estratégia para melhorar a catálise da reação de evolução de oxigênio (OER), um processo chave na produção de hidrogênio verde.
Ao remodelar nanoestruturas em nível atômico, os pesquisadores transformaram NiCoMoSeOx nanofolhas em nanobastões, melhorando significativamente a atividade catalítica e a estabilidade a longo prazo.
Eletrocatalisadores com recursos em nanoescala são essenciais para a divisão eficiente da água, especialmente em condições alcalinas, onde o desempenho dos REA costuma ser um gargalo. Nanofolhas bidimensionais (2D) fornecem uma grande área de superfície e sítios ativos, enquanto nanobastões unidimensionais (1D) oferecem melhor transporte de carga.
Ser capaz de alternar entre essas morfologias poderia desbloquear um melhor desempenho catalítico, mas como essa transformação afeta a estrutura e a função não é totalmente compreendida.
Mudança Morfológica Dependente do Tempo
A equipe sintetizou selênio nanopartículas (~37,5 nm) como modelos de sacrifício e usou uma reação de substituição galvânica a 70 °C para formar NiCoMoSeOx nanofolhas. Ao estender o tempo de reação de três para 24 horas, as nanofolhas evoluíram gradualmente para nanobastões uniformes.
As imagens STEM e TEM revelaram uma progressão de folhas amorfas e enrugadas para estruturas semelhantes a bastonetes altamente cristalinas.
A análise elementar confirmou que Ni, Co, Mo, Se e O estavam distribuídos uniformemente pelos nanobastões. A transformação também levou ao aumento do teor de oxigênio e a uma mudança nos estados de oxidação, conforme mostrado pelo XPS, indicando evolução química e estrutural.
Quer todos os detalhes? Pegue seu PDF aqui!
Mais forte, mais rápido e mais estável
Essa mudança morfológica teve um efeito dramático no desempenho. Em comparação com nanofolhas, os nanobastões exibiram um sobrepotencial muito menor a ten mA/cm2caindo de aproximadamente 383 mV para 260 mV, indicativo de maior eficiência catalítica.
A espectroscopia de impedância eletroquímica mostrou que a resistência à transferência de carga caiu de cerca de 13,26 para 7,15 Ω cm2refletindo maior mobilidade eletrônica.
Os nanobastões também eram mais duráveis. Os testes de estabilidade revelaram uma taxa de degradação mínima de apenas 1,468 mV/h a 300 mA/cm2 mais de 200 horas, superando as nanofolhas, que apresentaram flutuações estruturais em condições semelhantes.
In situ A espectroscopia ATR-SEIRAS ofereceu mais pistas sobre a atividade aumentada. Os nanobastões demonstraram adsorção mais forte de hidroxila (OH) devido a grupos OH mais acessíveis, especialmente em potenciais abaixo de 1,4 V. Acredita-se que essa interação desempenhe um papel elementary na aceleração do processo REA.
É importante ressaltar que a presença de espécies de molibdênio (Mo) de baixa valência ajudou a proteger a estrutura, limitando a lixiviação de selênio (Se), apoiando ainda mais a estabilidade a longo prazo.
Rumo a um design de catalisador mais inteligente
Este trabalho destaca o poder da engenharia em nanoescala, não apenas ajustando a composição, mas repensando estruturas inteiras. A transição das formas 2D para 1D cria catalisadores condutores mais ordenados para REA alcalinos.
À medida que as indústrias procuram escalar as tecnologias de hidrogénio verde, tais descobertas poderão informar o design dos eletrocatalisadores da próxima geração. Pesquisas futuras podem explorar se o ajuste morfológico semelhante pode melhorar outros sistemas catalíticos ou processos eletroquímicos.
Referência do diário
Luo J., e outros. (2025). Transformação morfológica de NiCoMoSeOx de nanofolhas em nanobastões para evolução aprimorada de oxigênio. Interfaces de materiais2(4), 375–387. DOI: 10.53941/mi.2025.100029, https://www.sciltp.com/journals/mi/articles/2510001673