Hidrogênio limpo e mais barato graças a cristais quirais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/12/2024

Se for usada eletricidade limpa para alimentar a eletrocatálise, a matriz energética fica totalmente amigável ao meio ambiente.
[Imagem: OpenAI DALL-E]

Quebra da água

A divisão da água, quebrando as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio, é um caminho promissor para a energia sustentável.

No entanto, esse processo tropeça na cinética química lenta da reação de evolução do oxigênio, que torna a produção de hidrogênio ineficiente e cara.

Uma equipe internacional descobriu agora uma solução revolucionária para esse problema secular: Ao usar cristais especiais com estruturas quirais, os pesquisadores melhoraram drasticamente o processo de quebra das moléculas de água em seus gases constituintes.

As estruturas quirais significam que os cristais têm um arranjo atômico distintivo para a esquerda ou para a direita, uma propriedade intrínseca de alguns semimetais - a equipe trabalhou com ligas de ródio e silício (RhSi), ródio e estanho (RhSn) e ródio/bismuto/enxofre (RhBiS).

A quiralidade dá a esses cristais a capacidade de manipular o spin do elétron. E essa propriedade mecânica quântica permite que os elétrons sejam transferidos para a geração de oxigênio de uma maneira altamente eficiente, acelerando significativamente a reação química como um todo.

"Esses cristais são essencialmente máquinas quânticas," disse Xia Wang, do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos, na Alemanha. "Ao tirar vantagem das propriedades únicas de spin dos elétrons, criamos um catalisador que supera os materiais tradicionais por um fator de 200."

O segredo dos catalisadores está na quiralidade de sua estrutura cristalina.
[Imagem: Xia Wang et al. - 10.1038/s41560-024-01674-9]

Eletrocatalisadores

A descoberta abre uma nova via para a divisão eletrocatalítica da água, embora os catalisadores usados na pesquisa sejam caros, pertencentes ao grupo da platina.

"Estamos cientes de que nossos catalisadores ainda contêm elementos raros, no entanto estamos confiantes de que, com base em nosso esquema de projeto, em breve chegaremos a catalisadores altamente eficientes e também sustentáveis," acrescentou o professor Binghai Yan, coordenador da equipe.

Ainda que possa ser melhorado, este avanço representa a possibilidade real de um salto qualitativo na tecnologia de energia renovável. O novo catalisador pode tornar a produção de hidrogênio mais rápida, mais eficiente e menos caro do que é hoje, nos aproximando de um futuro de energia limpa.

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