Exsolução de Nanopartículas de Irídio desde Óxidos de Perovskitas: na busca por Catalisadores mais Estáveis e Ativos para a Produção de Hidrogênio Verde

Resumo

A crescente demanda global por energia tem impulsionado a geração de energia de forma sustentável. Nesse contexto, o hidrogênio verde tem surgido como um portador de energia crucial para facilitar a transição energética em andamento. No entanto, a produção de hidrogênio verde enfrenta desafios significativos em termos de viabilidade econômica, sendo um dos aspectos mais importantes acelerar a eletro-oxidação da água em eletrolisadores. Apesar dos consideráveis esforços de pesquisa nas últimas décadas, essa reação eletroquímica continua a limitar a eficiência global do processo de produção de hidrogênio.A Reação de Evolução de Oxigênio (REO) é considerada um gargalo no processo de eletro-oxidação da água devido às suas limitações cinéticas intrínsecas e consequentemente aos altos requisitos energéticos. A REO ocorre predominantemente na superfície de catalisadores que desempenham um papel fundamental na melhoria da cinética reacional e na minimização das perdas de energia. Diversos catalisadores têm apresentado desempenho promissor para a REO, incluindo óxidos à base de metais de transição, como o Irídio (Ir). No entanto, o Irídio é um metal de alto custo e disponibilidade limitada, o que representa desafios para o seu uso como catalisador na REO. Nesse sentido, os materiais à base de Ir só se tornarão competitivos por meio da potencialização do seu uso e da obtenção de relevantes estabilidades. Nesse sentido, a exosolução de nanopartículas (NPs) de óxidos de perovskitas (PO) tem surgido como uma estratégia promissora para a síntese de NPs metálicas estáveis, com propriedades eletrônicas e catalíticas ajustáveis, reduzindo assim a necessidade do uso de grandes quantidades de metais nobres.Neste estudo, investigaremos a exosolução eletroquímica de NPs de Ir a partir de óxidos perovskitas, utilizando diversas técnicas ex situ e in situ. Em seguida, avaliaremos a atividade e seletividade dos materiais para a REO em células eletroquímicas convencionais de três eletrodos e por fim, os catalisadores mais promissores em termos de atividade e seletividade serão empregados em um eletrolisador de membrana de troca protônica (PEM). Nosso foco principal será otimizar o processo de exosolução no dispositivo, com o objetivo de produzir hidrogênio verde por meio da eletrólise da água.