Cientistas do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) desenvolveram um MXene revolucionário que pode promover a produção de hidrogênio verde.

A equipe desenvolveu o MXene à base de molibdênio, oxidativamente estável, como um suporte eletrocatalisador para eletrolisadores de água de membrana de troca aniônica.

Devido à sua estabilidade sob condições oxidativas de alta voltagem, ele pode servir como material de eletrodo para catalisadores de eletrólise na reação de evolução de oxigênio, reduzindo potencialmente o custo da produção de hidrogênio verde.

O papel do hidrogênio verde na transição energética

137 países assinaram um acordo “líquido zero” para acabar com o uso de combustíveis fósseis e atingir zero emissões de carbono até 2050.

O hidrogênio, que emite apenas água e oxigênio quando usado como fonte de energia, está promovido como a próxima energia verde.

A produção de hidrogênio é categorizada em hidrogênio cinza, azul e verde com base nas fontes de energia e nas emissões de carbono.

O hidrogênio verde, produzido pela eletrólise da água usando energia verde, é o método mais ecológico, não gerando emissões de carbono.

Desafios da produção de hidrogênio verde

A decomposição da água em hidrogênio e oxigênio requer uma quantidade significativa de energia.

Para reduzir essa necessidade energética inicial, são utilizados catalisadores feitos de partículas em nano escala, oferecendo uma área de superfície maior para a reação.

Com o tempo, essas pequenas partículas de catalisador podem se aglomerar, diminuindo a área de superfície e a eficiência da produção de hidrogênio.

Para evitar isso, catalisadores são combinados com suportes. Carbono é tipicamente usado para o cátodo, onde o hidrogênio é produzido.

Entretanto, o carbono oxida em dióxido de carbono no ânodo, necessitando de suporte com alta resistência à oxidação.

MXene como material de suporte

MXenes, nano materiais compostos de átomos metálicos (como Ti, Mo, Hf, Ta) e átomos de carbono ou nitrogênio, apresentam propriedades eletricamente condutoras e uma nanoestrutura 2D adequada para suporte de catalisador.

MXenes baseados em titânio são amplamente estudados devido à sua alta condutividade elétrica. No entanto, a tendência do titânio de oxidar em água reduz a eficácia do catalisador.

Para superar essa limitação, os pesquisadores projetaram um novo catalisador de ânodo usando MXene à base de carboneto de molibdênio como suporte.

Este material forma fortes ligações químicas entre átomos de molibdênio e materiais ativos como o cobalto, aumentando a eficiência da produção de hidrogênio em aproximadamente 2,45 vezes.

A durabilidade da célula unitária melhorou mais de dez vezes em comparação aos MXenes à base de titânio, que duraram menos de 40 horas.

Espera-se que esse avanço reduza o custo da produção de hidrogênio verde e será aplicado a plantas de produção de hidrogênio em larga escala e usinas de energia de hidrogênio verde no futuro.

Fonte: Innovation News Network

Disponível em: https://www.innovationnewsnetwork.com/mxene-breakthrough-to-transform-green-hydrogen-production/49230/