Pesquisadores do Instituto Real de Tecnologia (KTH) relatam novas descobertas sobre o mecanismo de funcionamento em escala atômica de catalisadores, com potencial para impulsionar a tecnologia de produção de hidrogênio rumo a maior eficiência e sustentabilidade. O relatório inclui diagramas esquemáticos das estruturas e a caracterização eletroquímica dos eletrocatalisadores Aza-CMP–Ni e Aza-CMP–NiFe.

A eletrólise da água é um processo fundamental na produção de hidrogênio, que geralmente requer catalisadores para reduzir o consumo de energia. No entanto, a complexidade estrutural dos catalisadores tradicionais de óxido de níquel-ferro dificulta a observação precisa de seus mecanismos de reação em nível atômico. Esta equipe de pesquisa projetou um arcabouço molecular que ancora átomos de níquel e ferro em posições específicas, permitindo a observação detalhada das etapas principais da reação. As descobertas foram publicadas na revista *Nature Chemistry*.

Esta pesquisa foi liderada pelo Professor Lichen Sun, do KTH, com a participação do Professor Mårten Ahlquist e do doutorando Hao Yang. Utilizando a técnica do arcabouço molecular, os pesquisadores conseguiram observar etapas-chave, como a transferência de prótons. O professor Sun Lichen afirmou: "A estrutura molecular finalmente nos permitiu observar o processo de transferência de prótons. Essa descoberta explica por que o níquel e o ferro podem trabalhar juntos de forma tão eficaz e como podemos fazer com que desempenhem um papel ainda maior."

O estudo constatou que um arranjo e uma distância específicos entre os átomos de ferro e níquel ajudam a promover a etapa de geração de oxigênio — uma etapa complexa na eletrólise da água. Simultaneamente, o estudo identificou condições ácido-base adequadas que aceleram a reação, mantendo a transferência síncrona de elétrons. O catalisador desenvolvido pela equipe permaneceu estável mesmo após operação prolongada.

Os pesquisadores ressaltaram que, devido às diferenças entre os sistemas, comparações quantitativas diretas do catalisador desenvolvido com catalisadores convencionais de última geração são difíceis, mas, em voltagens semelhantes, sua atividade catalítica apresenta uma melhoria de uma ordem de magnitude. O professor Ahlquist declarou: "Isso é importante porque taxas de conversão mais altas podem reduzir a perda de energia e o tempo de operação, reduzindo assim o custo por quilograma de hidrogênio."

Essa pesquisa fundamental relaciona o desempenho real do catalisador com uma compreensão em nível molecular do mecanismo, fornecendo insights para o desenvolvimento de materiais catalíticos de próxima geração com melhor desempenho e maior vida útil. Para o setor de produção de hidrogênio como combustível, isso significa o potencial de produzir energia limpa com maior eficiência. O professor Ahlquist concluiu: "Nossas descobertas conectam catalisadores de óxido de níquel-ferro do mundo real com uma compreensão detalhada de suas estruturas moleculares. Isso abre caminho para o desenvolvimento de materiais de próxima geração com melhor desempenho e maior vida útil."