Recentemente, a equipe da Professora EunAe Cho, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), alcançou um avanço significativo na tecnologia de catalisadores para energia de hidrogênio. A equipe de pesquisa utilizou, de forma inovadora, nanoestruturas ultrafinas para substituir os catalisadores particulados tradicionais, reduzindo consideravelmente a quantidade de metais preciosos utilizados e, simultaneamente, melhorando o desempenho da produção de hidrogênio por eletrólise da água e geração de energia em células a combustível. Os resultados da pesquisa foram publicados nos periódicos acadêmicos *ACS Nano* e *Nano Letters*.
Os catalisadores tradicionais geralmente são particulados, com área de superfície ativa limitada e propensos à degradação do desempenho durante a operação a longo prazo. Além disso, o irídio (Ir), comumente utilizado em catalisadores para produção de hidrogênio, e a platina (Pt), necessária para catalisadores de células a combustível, são metais raros e preciosos, o que resulta em altos custos e restringe severamente a comercialização da tecnologia de energia de hidrogênio. A principal abordagem da equipe da Professora Cho foi solucionar esse problema por meio da inovação estrutural, em vez da busca por novos materiais. Eles transformaram com sucesso partículas catalíticas agregadas em nanoestruturas em forma de papel, ultrafinas e lateralmente alongadas, com uma espessura apenas dezenas de milhares de vezes maior que a de um fio de cabelo humano.
Na produção de hidrogênio, a equipe preparou nanoestruturas ultrafinas de irídio com dimensões laterais de 1 a 3 micrômetros e espessura inferior a 2 nanômetros. Essa estrutura aumenta significativamente a área de superfície ativa para a reação. O estudo descobriu que as nanoestruturas podem formar espontaneamente uma rede condutora sobre o suporte de dióxido de titânio (TiO₂), que é pouco condutor, permitindo assim a utilização estável desse suporte de baixo custo e melhorando sua durabilidade. Os testes mostram que, sob condições industriais de alta carga (1 A/cm²), a eficiência de produção de hidrogênio do catalisador é 38% maior do que a de catalisadores comerciais, e ele pode operar de forma estável por mais de 1000 horas. É importante ressaltar que, mesmo com uma redução de aproximadamente 65% no uso de irídio, seu desempenho permanece comparável ao de catalisadores comerciais. Na área de células a combustível, o catalisador de nanofolhas de platina-cobre desenvolvido pela equipe alcança 13 vezes mais atividade por unidade de massa de platina em comparação com catalisadores comerciais, melhora o desempenho da célula completa em aproximadamente 2,3 vezes e retém cerca de 65% do seu desempenho após 50.000 ciclos de envelhecimento acelerado, reduzindo o consumo de platina em aproximadamente 60%.
Esta pesquisa desenvolveu uma nova geração de arquitetura catalítica que aborda simultaneamente os três principais desafios: eficiência, durabilidade e custo. A professora EunAe Cho destacou que essa conquista representa um ponto de virada crucial para a redução do custo da energia de hidrogênio e a aceleração de sua comercialização. Inovações estruturais simples podem reduzir significativamente a dependência de metais raros caros, ao mesmo tempo que melhoram o desempenho dos equipamentos, abrindo caminho para a aplicação em larga escala da tecnologia de energia de hidrogênio.
