Catalisadores pH-Universais Baseados em Nanoestruturas 2D e Heteroestruturas de van der Waals para Reações de Evolução de Hidrogênio

Resumo

A produção de hidrogênio verde via eletrólise da água, através das reações de evolução de hidrogênio (HER), é um avanço significativo para a descarbonização dos setores energéticos. É bem estabelecido na literatura que a eficiência dos catalisadores para HER em meio alcalino é geralmente duas a três ordens de magnitude menor em comparação com o meio ácido. Embora esta diferença seja frequentemente atribuída à etapa adicional de dissociação da água em pH alcalino, os mecanismos e descritores de atividade catalítica para HER alcalina ainda precisam ser melhor compreendidos. Atualmente, o desenvolvimento de catalisadores para HER em meio alcalino segue uma abordagem de tentativa e erro. A maioria dos estudos computacionais foca na HER em meio ácido, onde os descritores de atividade baseados no modelo termodinâmico do eletrodo de hidrogênio computacional (CHE) estão bem estabelecidos. Metodologias mais avançadas que consideram explicitamente o pH nos cálculos, como o método de referência dupla, podem esclarecer como essas variáveis influenciam a estabilização das espécies intermediárias de reação, fornecendo informações valiosas sobre processos eletroquímicos em uma ampla faixa de pH. Este projeto propõe a utilização desta metodologia para investigar nanoestruturas baseadas em carbono, TMDs e heteroestruturas de van der Waals (hvdW) como catalisadores para HER. O objetivo é explorar hvdW compostas por materiais de carbono e TMDs, aplicando o método de referência dupla para investigar os efeitos do pH na atividade catalítica dessas nanoestruturas de forma explícita. Tal abordagem pode contribuir para a elucidação de mecanismos da reação bem como para a descoberta de novos descritores generalizados para HER alcalina.