Hidróxidos duplos em camadas para reações de evolução de oxigênio

26 de outubro de 2022

por Imprensa do Instituto de Tecnologia de Pequim

Para orientar o projeto e a síntese de eletrocatalisadores em direção a reações de evolução de oxigênio (OER) altamente eficientes, pesquisadores da Universidade de Tecnologia Química de Pequim resumiram quatro estratégias comuns para melhorar o desempenho OER de hidróxidos duplos em camadas (LDHs), bem como identificar locais ativos para LDHs.

Eles publicaram seu trabalho em 7 de setembro na revista Energy Material Advances.

"Com a crescente demanda e consumo de combustíveis fósseis, a escassez de energia e a poluição ambiental estão se tornando severas e imperceptíveis", disse o autor correspondente Mingfei Shao, professor do Laboratório Estatal de Engenharia de Recursos Químicos da Universidade de Tecnologia Química de Pequim. "É preciso explorar a energia sustentável e renovável. O hidrogênio, em especial, é uma nova energia com esplêndidas perspectivas de aplicação."

A produção de hidrogênio altamente puro pode ser obtida pela divisão eletroquímica da água usando a eletricidade transformada a partir de energias renováveis, como eólica e solar. Mas como uma das meias reações, OER é um processo de quatro elétrons, com uma utilização de energia de baixa eficiência, de acordo com Shao.

Shao e sua equipe se concentram em LDHs, um material bidimensional de tipo grande. A ampla capacidade de ajuste, proporções molares e ânions interlamelares o tornam um excelente catalisador para OER em meios alcalinos.

"Resumimos quatro estratégias comuns aplicadas para melhorar o desempenho OER de LDHs. Por meio dessas estratégias, o superpotencial de OER pode ser diminuído, levando a uma alta eficiência de utilização de energia", disse Shao. "Alguns trabalhos sobre a identificação de sítios ativos para LDHs são apresentados. A revelação do mecanismo de reação e dos sítios ativos fornece a orientação teórica para projetar eletrocatalisadores eficientes."

Atualmente, o desenvolvimento e a exploração de catalisadores OER estão em estágio experimental, o que não pode atender aos padrões para uso prático em larga escala. Por exemplo, permanecem problemas relacionados ao aumento do tamanho dos catalisadores e à manutenção da estabilidade durante o OER. Além disso, os métodos de preparação mais relatados de catalisadores à base de LDH são complicados e demorados, o que resulta em altos custos e restringe sua aplicação, de acordo com Shao.

“O reconhecimento de espécies reativas de oxigênio, como espécies de oxigênio adsorvidas por locais ativos na superfície de eletrocatalisadores e radicais de oxigênio dispersos na solução durante OER, ainda permanece ambíguo devido à existência instável e inaparente de espécies reativas de oxigênio”, disse Shao. "Depois de reconhecer essas espécies reativas de oxigênio, como aproveitá-las para OER mais eficiente ainda é vital."

“Esperamos que esta revisão possa oferecer ideias para identificar ainda mais os locais ativos para LDHs com o objetivo de fornecer orientação para projetar eletrocatalisadores mais avançados para a separação eletroquímica da água”, disse Shao.

Mais Informações: Xin Wan et al, Hidróxidos Duplos em Camadas para Reação de Evolução de Oxigênio para Geração Eficiente de Hidrogênio, Avanços de Material Energético (2022). DOI: 10.34133/2022/9842610

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