Produção de Hidrogénio mais Barata
A fabricação de hidrogénio eletrolítico movida a energia renovável é vista como uma forma ambientalmente segura de aliviar os problemas ambientais e de energia internacionais. Na revista Angewandte Chemie, uma equipa de estudo apresentou um novo material de baixo custo para elétrodos que pode oferecer uma produção de hidrogénio com economia de energia muito eficiente: nanoesferas de casca de gema CoNi2S4 porosas e fosforizadas.
As semi-reações da eletrólise da água — evolução do hidrogénio e do oxigénio — são, infelizmente, lentas e precisam de muita energia. Elétrodos cataliticamente eficazes, especificamente aqueles baseados em metais preciosos, podem acelerar os processos eletroquímicos e aumentar a sua eficiência energética. No entanto, seu uso extensivo é dificultado por altos custos, abundância limitada e também estabilidade reduzida. Alternativas baseadas em metais abundantes e baratos normalmente não funcionam satisfatoriamente para ambas as semi-reações.
Uma equipa liderada por Shuyan Gao (Henan Normal University, China), bem como Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Technological University, Cingapura) criou atualmente um novo material de eletrodo multifuncional e acessível baseado em cobalto (monóxido de carbono) e níquel (Ni) para produção de hidrogénio eletrocatalítico eficaz. Para produzir os materiais, nanoesferas construídas de cobalto-níquel-glicerato são expostas à sulfidação hidrotérmica combinada e fosforização em fase gasosa. Isso desenvolve objetos chamados nanopartículas de casca de gema compostas de sulfeto de cobalto-níquel dopado com fósforo (P-CoNi2S4). São esferas minúsculas com um núcleo compacto e uma casca porosa com um espaço entre eles, como um ovo cuja gema é envolvida pela clara do ovo e não toca a casca.
O aumento da proporção de Ni3+ em relação ao Ni2+ nas partículas ocas devido à dopagem com fósforo também permite uma transferência de carga mais rápida, fazendo com que as reações eletrocatalíticas ocorram mais rapidamente. O material pode ser utilizado como ânodo ou cátodo e apresenta alta atividade e estabilidade na produção de hidrogénio e oxigénio na eletrólise da água.
Para reduzir a tensão geral da célula de eletrólise, os princípios da eletrólise híbrida também são investigados. Por exemplo, em vez de ser combinada com a produção de oxigénio, a fabricação de hidrogénio poderia ser combinada com a oxidação da ureia, que requer muito menos energia. As fontes de ureia também podem ser fluxos de resíduos de sínteses industriais, além do esgoto sanitário. As novas nanopartículas são adicionalmente altamente benéficas para esta meia-reação.
A voltagem de célula necessária para eletrólise de água e ureia é comparativamente baixa (1,544 V ou 1,402 V, respetivamente, a 10 mA cm-2 em 100 horas). Isso torna os novos fragmentos de casca de gema bimetálicos superiores aos mais conhecidos eletrocatalisadores à base de sulfeto de níquel e metais preciosos. Eles oferecem uma abordagem promissora para a fabricação de hidrogénio eletroquímico e para o tratamento de águas residuais contendo ureia.
Originalmente publicado em Sciencedaily.c om . Leia o artigo original.
Referência: Xue Feng Lu et al, Phosphorized CoNi 2 S 4 Yolk-Shell Spheres para a Produção de Hidrogênio Altamente Eficiente via Água e Eletrólise de Ureia, Angewandte Chemie International Edition (2021). DOI: 10.1002 / anie.202108563
