Cientistas japoneses mudaram a estrutura atômica do óxido de manganês e criaram um supercatalisador para a produção de hidrogênio

Um dos objetivos globais em energia limpa é a produção eficiente de hidrogênio usando fontes de energia renováveis. A eletrólise é geralmente usada para isso – a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio usando energia elétrica e catalisadores. O problema é o alto custo dos catalisadores que usam metais nobres. Os japoneses chegaram mais perto de resolver o problema, usando manganês comum.

Fonte da imagem: RIKEN

Nos últimos anos, o método mais popular tem sido a eletrólise por membrana de troca de prótons (PEM). A substituição do eletrólito por PEM estabiliza a produção de hidrogênio e acelera sua produção. No entanto, o uso de membranas é muito mais caro e problemático, pois, em um ambiente agressivo, as membranas perdem rapidamente suas propriedades. Para prolongar sua vida útil, o irídio tem sido adicionado ao óxido de manganês até agora, o que aumentou drasticamente o custo da produção de hidrogênio.

Pesquisadores da RIKEN, no Japão, pegaram manganês comum e mudaram sua estrutura tridimensional, resultando no eletrolisador PEM mais eficiente e ecológico, sem o uso de metais raros.

Os cientistas desenvolveram um novo catalisador à base de óxido de manganês (MnO₂), alterando a estrutura cristalina do material para que ele formasse ligações mais fortes com átomos de oxigênio. O MnO₂ aprimorado mostrou-se muito mais estável do que outros catalisadores à base de metais básicos e conseguiu manter a reação com água por muito mais tempo, produzindo 1000% mais hidrogênio.

De acordo com um estudo publicado na revista Nature Catalysis, o MnO₂ prolonga a vida útil de outros catalisadores de baixo custo em 40 vezes. O material é mais resistente à dissolução em ácido e mais estável durante a reação. Em testes de laboratório, o catalisador durou mais de 1.000 horas a uma corrente de 200 mA/cm², produzindo 10 vezes mais hidrogênio do que outros materiais.

Claro, isso é apenas o começo. Ainda há muito trabalho a ser feito antes que o novo material possa ser usado em eletrolisadores industriais, mas os pesquisadores acreditam que sua descoberta desempenhará um papel crucial na produção sustentável de hidrogênio. Modificações futuras na estrutura do manganês podem permitir densidades de corrente ainda maiores e vidas úteis mais longas do catalisador e, a longo prazo, prometem tornar possível a eletrolisar água sem o uso de irídio e outros metais raros.