.
As demandas de energia do mundo estão sempre aumentando. Em nossa busca por soluções de energia limpa e ecológica, a energia de hidrogênio transportável oferece uma promessa considerável. A este respeito, os eletrolisadores de água com membrana de troca de prótons (PEMWEs) que convertem o excesso de energia elétrica em energia de hidrogênio transportável através da eletrólise da água têm atraído um interesse notável. No entanto, sua implantação em larga escala para a produção de hidrogênio permanece limitada devido às taxas lentas de reação de evolução de oxigênio (OER) – um componente importante da eletrólise – e altos níveis de carga de catalisadores de óxido metálico caros, como irídio (Ir) e óxidos de rutênio, em eletrodos. Portanto, o desenvolvimento de catalisadores OER econômicos e de alto desempenho é necessário para a ampla aplicação de PEMWEs.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Coréia e dos EUA, liderada pelo professor Chanho Pak, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, na Coréia, desenvolveu um novo óxido de tântalo mesoporoso (Ta2O5Catalisador de nanoestrutura de irídio suportado por ) por meio de um método de redução de ácido fórmico modificado que atinge eletrólise de água PEM eficiente. Seu estudo foi disponibilizado online em 20 de maio de 2023 e será publicado no Volume 575 do Jornal de Fontes de Energia em 15 de agosto de 2023. O estudo foi co-autoria do Dr. Chaekyung Baik, pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST).
“A nanoestrutura de Ir rica em elétrons foi uniformemente dispersa no Ta mesoporoso estável2O5 suporte preparado por meio de um método de molde flexível combinado com um processo de etilenodiamina envolvente, que efetivamente diminuiu a quantidade de Ir em uma única célula PEMWE para 0,3 mg cm-2“, explica o Prof. Pak. É importante ressaltar que o inovador Ir/Ta2O5 O design do catalisador não apenas melhorou a utilização de Ir, mas também facilitou uma condutividade elétrica mais alta e uma grande área de superfície eletroquimicamente ativa.
Além disso, as espectroscopias de fotoelétrons de raios X e de absorção de raios X revelaram forte interação metal-suporte entre Ir e Ta, enquanto os cálculos da teoria do funcional de densidade indicaram uma transferência de carga de Ta para Ir, que induziu a forte ligação de adsorvatos, como O e OH , e manteve a razão Ir(III) no processo OER oxidativo. Isso, por sua vez, levou ao aumento da atividade de Ir/Ta2O5com um sobrepotencial menor de 0,385 V em comparação com 0,48 V para IrO2.
A equipe também demonstrou experimentalmente alta atividade OER do catalisador, observando um sobrepotencial de 288 ± 3,9 mV a 10 mA cm-2 e uma atividade de massa de 876,1 ± 125,1 A g-1 de Ir a 1,55 V, significativamente maior do que os valores correspondentes para Ir Black. Com efeito, Ir/Ta2O5 exibiu excelente atividade OER e estabilidade, conforme confirmado através da operação de célula única de montagem de eletrodo de membrana de mais de 120 horas.
A tecnologia proposta oferece o benefício duplo de níveis reduzidos de carga de Ir e uma eficiência OER aprimorada. “A eficiência aprimorada de OER complementa a relação custo-benefício do processo PEMWE, aprimorando seu desempenho geral. Esse avanço tem o potencial de revolucionar a comercialização de PEMWEs, acelerando sua adoção como método primário de produção de hidrogênio”, especula um otimista Prof. Pak .
Juntos, esse desenvolvimento nos leva um passo mais perto de alcançar uma solução sustentável de energia de hidrogênio transportável e, por sua vez, neutralidade de carbono.
.
