O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. No entanto, diversos desafios tecnológicos ainda precisam ser superados para que seu uso seja economicamente viável. Uma das formas de se produzir o hidrogênio é a partir da quebra de moléculas de água $\rm H_2O$, com formação de moléculas de $\rm H_2$. A principal reação nesse processo é a Reação de Evolução do Hidrogênio (HER, na sigla em inglês) em que os prótons em um meio ácido são reduzidos e formam gás hidrogênio por elétrons passados através de catalisadores.
Figura 1: Espectros XANES in situ de $\rm Fe-Mo_2C$ (A) e $\rm Cu-Mo_2C$ (B).
Dentre esses catalisadores, o mais eficiente é a Platina ($\rm Pt$), um metal caro e escasso. A produção sustentável de hidrogênio exige catalisadores mais baratos, como os baseados em molibdênio ($\rm Mo$). No entanto, a atividade de catalisadores de $\rm Mo$ para produção de hidrogênio ainda precisa ser aprimorada.
Ana M. Gómez-Marín e colaboradores [1], utilizaram as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para investigar a atividade de catalisadores de Carbeto de Molibdênio ($\rm Mo_2C$) modificado por metais de transição (Ferro, Cobalto, Níquel e Cobre). A dopagem de catalisadores com diferentes elementos químicos modifica as propriedades eletrônicas e químicas desses materiais, o que pode levar ao aprimoramento de sua atividade.
Os pesquisadores avaliaram a atividade dos catalisadores para a reação HER e sua estabilidade em meios ácidos. Dentre as análises feitas, o grupo realizou medidas de absorção de raios X na Linha de Luz XAFS2 do LNLS para verificar se os metais de transição não seriam removidos dos catalisadores no meio eletroquímico.
Os resultados mostraram que a dopagem com metais de transição aumenta a estabilidade dos catalisadores. No entanto, a dopagem reduziu ligeiramente a atividade dos catalisadores quando comparados ao Carbeto de Molibdênio não-dopado, na ordem: $\rm \alpha-Mo_2C$ > $\rm Fe-Mo_2C$ > $\rm Co-Mo_2C$ > $\rm Ni-Mo_2C$ > $\rm Cu-Mo_2C$.
Ainda assim, segundo o grupo, uma alta atividade na reação HER foi medida para todos os catalisadores $\rm TM-Mo_2C$, o que demonstra seu potencial para uso na produção de hidrogênio.
Fonte: [1] Ana M. Gómez–Marín, Edson A. Ticianelli, Effect of transition metals in the hydrogen evolution electrocatalytic activity of molybdenum carbide, Applied Catalysis B: Environmental, 209, 2017, pp 600-610. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.03.044.
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Laboratório Nacional de Luz Síncrotron
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