A eletrólise da água do mar há muito é vista como um caminho promissor para a produção sustentável de hidrogênio, mas enfrenta limitações significativas devido à corrosão do íon cloreto (Cl - ), que pode degradar o desempenho de um catalisador.

Agora, cientistas do Instituto de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos de Qingdao (QIBEBT) da Academia Chinesa de Ciências, juntamente com seus colaboradores, desenvolveram um eletrocatalisador eficiente chamado Co-N/S-HCS que demonstra atividade e estabilidade notáveis na eletrólise da água do mar. Isso oferece uma solução de produção de hidrogênio sustentável com dependência mínima de recursos de água doce.

"Nosso trabalho aumentou significativamente a resistência do catalisador à corrosão por Cl - ao ajustar cuidadosamente o ambiente eletrônico ao redor dos átomos de cobalto ", disse o Dr. Zhang Canhui, primeiro autor do estudo e pesquisador do QIBEBT. "Isso dá ao Co-N/S-HCS estabilidade de longo prazo e alta atividade."

O estudo foi publicado na Chem Catalysis .

O eletrocatalisador Co-N/S-HCS utiliza uma estrutura assimétrica CoN 3 S 1 , na qual cada átomo de cobalto (Co) é coordenado com três átomos de nitrogênio (N) e um átomo de enxofre (S).

Essa configuração assimétrica de CoN 3 S 1, otimizada por meio da teoria do funcional da densidade e simulações de dinâmica molecular , modifica a distribuição eletrônica ao redor do centro de Co, em comparação com a configuração simétrica de CoN 4 , enfraquecendo assim a adsorção corrosiva de Cl - e melhorando o desempenho do catalisador em eletrólitos à base de água do mar.

A configuração personalizada do CoN 3 S 1 não apenas atenua os efeitos corrosivos do Cl , mas também otimiza a atividade trifuncional do catalisador, aumentando sua capacidade de facilitar reações importantes, como redução de oxigênio, evolução de oxigênio e evolução de hidrogênio.

"Essa capacidade multifuncional é essencial para aplicações práticas em sistemas de energia baseados em água do mar", disse o Dr. Wang Xingkun da QIBEBT, um dos autores correspondentes do estudo.

Os pesquisadores validaram ainda mais seu design integrando Co-N/S-HCS em um sistema de divisão de água do mar autodirigido. Este sistema, acoplado a baterias de Zn-ar baseadas em água do mar (S-ZABs) e dispositivos de eletrólise de dois eletrodos, demonstrou desempenho impressionante.

Os S-ZABs exibiram estabilidade de ciclagem por até 650 horas, e os dispositivos de eletrólise de dois eletrodos mostraram desempenho estável por mais de 1.100 horas. Mais importante, o sistema integrado superou o sistema CoSA/N, S-HCS ao atingir uma taxa de produção de hidrogênio mais alta de 469 µmol/h em comparação com sua taxa atual de 184 µmol/h.

As implicações deste trabalho vão além da produção de hidrogênio, pois o Co-N/S-HCS pode ser benéfico para outras aplicações em água do mar, como dessalinização e armazenamento avançado de energia.

"A robustez do Co-N/S-HCS abre possibilidades interessantes para a produção sustentável de hidrogênio em regiões com escassez de água, reduzindo custos e minimizando o impacto ambiental ", disse o Prof. Huang Minghua da Ocean University of China, também autor correspondente do estudo.

Essas descobertas estabelecem uma base sólida para projetar catalisadores resistentes à água do mar. O estudo marca um passo crítico à frente no avanço de soluções de energia baseadas em água do mar e destaca o potencial para produção sustentável de hidrogênio em escala.

"Esperamos que este trabalho inspire mais avanços na produção sustentável de hidrogênio que possam atender às demandas globais de energia", disse o Prof. Jiang Heqing, do QIBEBT, outro autor correspondente.