A água do mar é um dos recursos mais abundantes do planeta, sendo promissora tanto como fonte de hidrogénio – desejável como fonte de energia limpa – como como água potável em climas áridos. Mas mesmo que as tecnologias de separação de água capazes de produzir hidrogénio a partir de água doce se tenham tornado mais eficazes, a água do mar continua a ser um desafio.

Pesquisadores da Universidade de Houston relataram um avanço significativo com um novo catalisador de reação de evolução de oxigênio que, combinado com um catalisador de reação de evolução de hidrogênio, alcançou densidades de corrente capazes de suportar as demandas industriais, ao mesmo tempo que requer tensão relativamente baixa para iniciar a eletrólise da água do mar.

Os pesquisadores dizem que o dispositivo, composto de nitretos de metais não nobres e baratos, consegue evitar muitos dos obstáculos que limitaram as tentativas anteriores de produzir hidrogênio ou água potável a partir da água do mar, a baixo custo. O trabalho é descrito na Nature Communications.

Zhifeng Ren, diretor do Centro de Supercondutividade do Texas em UH e autor correspondente do artigo, disse que um grande obstáculo tem sido a falta de um catalisador que possa efetivamente dividir a água do mar para produzir hidrogênio sem também libertar íons de sódio, cloro, cálcio. e outros componentes da água do mar, que uma vez libertados podem depositar-se no catalisador e torná-lo inactivo. Os íons cloro são especialmente problemáticos, em parte porque o cloro requer uma voltagem ligeiramente mais alta para ser liberado do que o necessário para liberar o hidrogênio.

Os pesquisadores testaram os catalisadores com água do mar retirada da Baía de Galveston, na costa do Texas. Ren, professor titular de física do MD Anderson na UH, disse que também funcionaria com águas residuais, fornecendo outra fonte de hidrogênio a partir de água que de outra forma seria inutilizável sem tratamento caro.

“A maioria das pessoas usa água doce limpa para produzir hidrogênio por meio da divisão da água”, disse ele. “Mas a disponibilidade de água doce limpa é limitada.”

Para enfrentar os desafios, os pesquisadores projetaram e sintetizaram um catalisador tridimensional de reação de evolução de oxigênio núcleo-invólucro usando nitreto de metal de transição, com nanopartículas feitas de um composto de nitreto de ferro-níquel e nanobastões de nitreto de níquel-molibdênio em espuma porosa de níquel.

O primeiro autor, Luo Yu, pesquisador de pós-doutorado na UH que também é afiliado à Central China Normal University, disse que o novo catalisador de reação de evolução de oxigênio foi combinado com um catalisador de reação de evolução de hidrogênio relatado anteriormente de nanobastões de nitreto de níquel-molibdênio.

Os catalisadores foram integrados em um eletrolisador alcalino de dois eletrodos, que pode ser alimentado por calor residual por meio de um dispositivo termoelétrico ou por uma bateria AA.

As tensões das células necessárias para produzir uma densidade de corrente de 100 miliamperes por centímetro quadrado (uma medida de densidade de corrente, ou mA cm-2) variaram de 1,564 V a 1,581 V.

A tensão é significativa, disse Yu, porque embora seja necessária uma tensão de pelo menos 1,23 V para produzir hidrogênio, o cloro é produzido a uma tensão de 1,73 V, o que significa que o dispositivo deve ser capaz de produzir níveis significativos de densidade de corrente com uma tensão entre os dois níveis.

Além de Ren e Yu, os pesquisadores do artigo incluem Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao e Shuo Chen, todos do UH; e Ying Yu, da Universidade Normal da China Central.

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