Evolução de oxigênio e cloro sem metais nobres: potencial de eletrodo transforma superfícies de MXene
Estudos teóricos previram anteriormente que eles não seriam cataliticamente ativos em processos anódicos. Pesquisadores agora refutaram essa teoria usando modelagem multiescala.

Crédito: Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c08518
MXenes são uma classe de materiais bidimensionais que foram descobertos em 2011.
Estudos teóricos previram anteriormente que eles não seriam cataliticamente ativos em processos anódicos. Pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Kai S. Exner, chefe do Departamento de Catálise Teórica e Eletroquímica da Universidade de Duisburg-Essen (UDE), agora refutaram essa teoria usando modelagem multiescala.
Os cientistas descobriram que quando um potencial de eletrodo é aplicado, a superfície do MXene muda para uma estrutura semelhante a uma escova. Átomos de metais não nobres migram para fora e formam as chamadas "estruturas semelhantes a SAC" (single atom catalyst-like). Esses catalisadores mediam duas reações importantes, a saber, as reações de evolução de oxigênio e evolução de cloro.
O resultado é um material cuja superfície tem sítios cataliticamente ativos sem a adição de metais preciosos. "Concluímos que os MXenes se comportam de forma semelhante a enzimas em um ambiente eletroquímico. Ao aplicar um potencial de eletrodo, seus sítios ativos são criados diretamente no processo", explica Exner. A pesquisa é publicada no Journal of the American Chemical Society .
A equipe também foi capaz de mostrar que as estruturas semelhantes a SAC resultantes são seletivas — se água e íons cloreto estiverem no ambiente de reação ao mesmo tempo, apenas cloro gasoso é formado. A formação desse produto químico base é um processo-chave na indústria química , que produz mais de 70 milhões de toneladas de cloro gasoso (Cl 2 ) por ano. O Cl 2 é necessário para a produção de produtos farmacêuticos, plásticos, baterias e para tratamento de água .
Entretanto, quando apenas água está disponível no eletrólito, a superfície ativa do MXene facilita a produção de oxigênio gasoso (O 2 ) por meio da evolução do oxigênio — uma etapa importante na formação de hidrogênio verde em um eletrolisador.
Esta descoberta pode simplificar muito a produção de catalisadores de átomo único. A eliminação de metais preciosos caros também reduz custos e dependências.
Mais informações: Samad Razzaq et al, MXenes formam espontaneamente centros ativos e seletivos de átomo único sob condições de polarização anódica, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c08518
Informações do periódico: Journal of the American Chemical Society