{"id":8797,"date":"2020-07-31T17:24:26","date_gmt":"2020-07-31T20:24:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=8797"},"modified":"2020-08-06T16:29:21","modified_gmt":"2020-08-06T19:29:21","slug":"artigo-em-destaque-catalisadores-nanoestruturados-para-producao-de-energias-renovaveis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-catalisadores-nanoestruturados-para-producao-de-energias-renovaveis\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Catalisadores nanoestruturados para produ\u00e7\u00e3o de energias renov\u00e1veis."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Trifunctional catalytic activities of trimetallic FeCoNi alloy nanoparticles embedded in a carbon shell for efficient overall water splitting. <\/strong>Mohd. Khalid, Ana M. B. Honorato, \u00a0Germano Tremiliosi Filho and\u00a0 Hamilton Varela. J. Mater. Chem. A, 2020,8, 9021-9031.<\/p>\n

Catalisadores nanoestruturados para produ\u00e7\u00e3o de energias renov\u00e1veis<\/strong><\/p>\n

\"Imagem
Imagem de microscopia eletr\u00f4nica de transmiss\u00e3o do material eletrocatalisador: nanopart\u00edculas trimet\u00e1licas encapsuladas em camadas de carbono.<\/figcaption><\/figure>\n

Uma pesquisa realizada no Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos da Universidade de S\u00e3o Paulo (IQSC-USP) resultou em um material nanoestruturado que funciona como catalisador de rea\u00e7\u00f5es eletroqu\u00edmicas (eletrocatalisador) fundamentais em alguns sistemas de gera\u00e7\u00e3o de energia renov\u00e1vel. Por reunir efici\u00eancia e baixo custo, o novo material seria uma alternativa aos catalisadores tradicionalmente usados nessas rea\u00e7\u00f5es, os quais se baseiam em elementos do grupo dos metais preciosos, como a platina, que s\u00e3o escassos e caros.<\/p>\n

O material desenvolvido, que, a olho nu, tem a apar\u00eancia de um p\u00f3 preto, \u00e9 h\u00edbrido e nanoestruturado. Consiste em nanopart\u00edculas de 10 a 50 nm, compostas por uma liga de ferro, cobalto e n\u00edquel (tr\u00eas elementos relativamente abundantes e baratos), inseridas em camadas de carbono dopado com nitrog\u00eanio.<\/p>\n

Recentemente reportado no Journal of Materials Chemistry A<\/em>, o estudo apresenta um m\u00e9todo de fabrica\u00e7\u00e3o muito simples para obter esse material com a estabilidade necess\u00e1ria \u00e0s aplica\u00e7\u00f5es em eletrocat\u00e1lise. O m\u00e9todo consiste em preparar uma solu\u00e7\u00e3o de \u00e1gua com sais de ferro, cobalto e n\u00edquel e adicionar a ela compostos org\u00e2nicos capazes de se ligar a \u00edons met\u00e1licos (os chamados \u201cligantes\u201d). A rea\u00e7\u00e3o entre metais e ligantes gera estruturas conhecidas como MOFs (metal-organic frameworks). Finalmente, os MOFs obtidos s\u00e3o submetidos a alta temperatura (900\u00b0C) para se obter o material final.<\/p>\n

\u201cCriamos uma estrat\u00e9gia \u00fanica, direta e eficaz para a s\u00edntese de um eletrocatalisador eficiente, que \u00e9 barato e bastante ativo em rea\u00e7\u00f5es de convers\u00e3o de energia, e pode ter impacto na nova gera\u00e7\u00e3o de tecnologias na \u00e1rea de energia \u201c, diz Mohmmad Khalid<\/a>, bolsista de p\u00f3s-doutorado do Grupo de Eletroqu\u00edmica do IQSC-USP e autor correspondente do artigo junto ao professor Hamilton Varela<\/a>\u00a0(IQSC-USP).<\/p>\n

O artigo tamb\u00e9m reporta os testes realizados nos laborat\u00f3rios do Grupo de Eletroqu\u00edmica do IQSC-USP para aferir o desempenho do material nanoestruturado em algumas aplica\u00e7\u00f5es ligadas \u00e0 gera\u00e7\u00e3o sustent\u00e1vel de energia, como a divis\u00e3o da mol\u00e9cula de \u00e1gua (hidr\u00f3lise). Esse processo constitui a forma mais limpa de se obter hidrog\u00eanio, considerado atualmente o combust\u00edvel n\u00e3o-f\u00f3ssil mais promissor. Contudo, sem a participa\u00e7\u00e3o de bons eletrocatalisadores, a hidr\u00f3lise \u00e9 muito lenta e consome bastante eletricidade. \u00a0\u201cNosso catalisador nanoestruturado funciona impecavelmente na decomposi\u00e7\u00e3o das mol\u00e9culas de \u00e1gua para gera\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio aplicando um potencial muito baixo em compara\u00e7\u00e3o com v\u00e1rios eletrocatalisadores baseados em metais n\u00e3o preciosos reportados anteriormente\u201d, afirma Khalid.<\/p>\n

O material nanoestruturado tamb\u00e9m apresentou resultados muito bons como catalisador da oxida\u00e7\u00e3o de etanol. Essa rea\u00e7\u00e3o \u00e9 realizada nas c\u00e9lulas a combust\u00edvel de etanol (direct-ethanol fuel cells<\/em>) para obter energia el\u00e9trica a partir da energia qu\u00edmica do etanol (combust\u00edvel renov\u00e1vel do qual o Brasil \u00e9 o segundo produtor mundial). \u201cAssim, o catalisador mostrou seu potencial n\u00e3o apenas para gerar hidrog\u00eanio, mas tamb\u00e9m para aplica\u00e7\u00f5es de c\u00e9lulas de combust\u00edvel\u201d, diz Khalid.<\/p>\n

Superando os desafios<\/strong><\/p>\n

O trabalho come\u00e7ou em 2017, com um projeto de pesquisa coordenado pelo professor Hamilton Brand\u00e3o Varela de Albuquerque, com a participa\u00e7\u00e3o de\u00a0Mohmmad Khalid como bolsista de p\u00f3s-doutorado. De acordo com Khalid, o objetivo final do trabalho era encontrar um eletrocatalisador barato e est\u00e1vel para o processo de divis\u00e3o da mol\u00e9cula de \u00e1gua.<\/p>\n

Os principais problemas enfrentados pelos pesquisadores foram a agrega\u00e7\u00e3o de nanopart\u00edculas durante a s\u00edntese do material e a sua dissolu\u00e7\u00e3o nos eletr\u00f3litos durante os testes eletroqu\u00edmicos. \u201cIdeias interessantes surgiram em discuss\u00f5es com a doutora Ana Maria Borges Honorato<\/a>\u00a0e pudemos, ent\u00e3o, otimizar as condi\u00e7\u00f5es do processo de s\u00edntese\u201d, conta Khalid. No material obtido, as camadas de carbono protegem as nanopart\u00edculas catalisadoras e influem no desempenho catal\u00edtico do material, que \u00e9 afetado pela espessura dessas camadas e por pequenas varia\u00e7\u00f5es em sua composi\u00e7\u00e3o. \u201cEsta nanoestrutura nos permitiu resolver n\u00e3o apenas o problema de agrega\u00e7\u00e3o de part\u00edculas durante a s\u00edntese e o problema de segrega\u00e7\u00e3o\/ dissolu\u00e7\u00e3o de metais em eletr\u00f3litos durante a opera\u00e7\u00e3o, mas tamb\u00e9m melhorou o desempenho catal\u00edtico em redu\u00e7\u00e3o de oxig\u00eanio, evolu\u00e7\u00e3o de oxig\u00eanio, evolu\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio, rea\u00e7\u00f5es de oxida\u00e7\u00e3o de etanol e divis\u00e3o geral da \u00e1gua, com valores muito competitivos com rela\u00e7\u00e3o a catalisadores de refer\u00eancia\u201d, resume o p\u00f3s-doc.<\/p>\n

O trabalho recebeu financiamento das ag\u00eancias brasileiras FAPESP (S\u00e3o Paulo), CNPq e CAPES.<\/p>\n

\"Autores
Autores principais do trabalho. A partir da esquerda: Mohmmad Khalid, Ana Maria Borges Honorato e Hamilton Varela.<\/figcaption><\/figure>\n

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