Os cientistas sabem há muito tempo que a platina é de longe o melhor catalisador para quebrar moléculas de água para produzir gás hidrogênio. Um novo estudo realizado por pesquisadores da Brown University mostra por que a platina funciona tão bem – e não é essa a razão que se supõe.

A pesquisa, publicada na ACS Catalysis, ajuda a resolver uma questão de pesquisa de quase um século, dizem os autores. E poderia ajudar na concepção de novos catalisadores para a produção de hidrogénio que sejam mais baratos e mais abundantes do que a platina. Em última análise, isso poderia ajudar a reduzir as emissões de combustíveis fósseis.

“Se conseguirmos descobrir como produzir hidrogénio de forma barata e eficiente, isso abrirá a porta a muitas soluções pragmáticas para combustíveis e produtos químicos livres de fósseis”, disse Andrew Peterson, professor associado da Escola de Engenharia de Brown e autor sénior do estudo. . “O hidrogênio pode ser usado em células de combustível, combinado com o excesso de CO2 para produzir combustível ou combinado com nitrogênio para produzir fertilizante de amônia. Há muito que podemos fazer com o hidrogênio, mas para tornar a divisão da água uma fonte escalonável de hidrogênio, precisamos de um catalisador mais barato.”

A concepção de novos catalisadores começa com a compreensão do que torna a platina tão especial para esta reacção, diz Peterson, e é isso que esta nova investigação pretende descobrir.

O sucesso da Platinum tem sido atribuído há muito tempo à sua energia de ligação “Cachinhos Dourados”. Os catalisadores ideais seguram as moléculas reagentes nem com muita folga nem com muita força, mas em algum lugar no meio. Ligue as moléculas de maneira muito frouxa e será difícil iniciar uma reação. Ligá-los com muita força e as moléculas grudam na superfície do catalisador, dificultando a conclusão da reação. A energia de ligação do hidrogênio à platina equilibra perfeitamente as duas partes da reação de divisão da água – e por isso a maioria dos cientistas acredita que é esse atributo que torna a platina tão boa.

Mas havia razões para questionar se essa imagem estava correta, diz Peterson. Por exemplo, um material chamado dissulfeto de molibdênio (MoS2) tem uma energia de ligação semelhante à da platina, mas é um catalisador muito pior para a reação de divisão da água. Isso sugere que a energia de ligação não pode ser a história completa, diz Peterson.

Para descobrir o que estava acontecendo, ele e seus colegas estudaram a reação de divisão da água em catalisadores de platina usando um método especial que desenvolveram para simular o comportamento de átomos e elétrons individuais em reações eletroquímicas.

A análise mostrou que os átomos de hidrogênio que estão ligados à superfície da platina na energia de ligação “Cachinhos Dourados” na verdade não participam da reação quando a taxa de reação é alta. Em vez disso, eles se aninham na camada cristalina superficial da platina, onde permanecem espectadores inertes. Os átomos de hidrogênio que participam da reação estão muito mais fracamente ligados do que a suposta energia “Cachinhos Dourados”. E em vez de se aninharem na rede, eles ficam sobre os átomos de platina, onde são livres para se encontrarem para formar o gás H2.

É essa liberdade de movimento dos átomos de hidrogênio na superfície que torna a platina tão reativa, concluem os pesquisadores.

“O que isto nos diz é que procurar esta energia de ligação 'Cachinhos Dourados' não é o princípio de design correto para a região de alta atividade”, disse Peterson. “Sugerimos que projetar catalisadores que coloquem o hidrogênio neste estado altamente móvel e reativo é o caminho a seguir.”