Pesquisadora do CINE liderou estudo com eletrodeposição do compósito NiMo-NiCu em eletrodo usado na hidrólise

O hidrogênio (H₂) é considerado o combustível mais promissor para a concretização de uma economia baseada em energias limpas e renováveis. No entanto, sua produção de modo limpo, eficiente e econômico ainda é um desafio. A obtenção a partir do gás natural não é uma alternativa sustentável, pela contribuição às emissões de carbono para a atmosfera. A outra rota é pela eletrólise da água, ou seja, pela quebra da molécula H₂O em hidrogênio e oxigênio pela aplicação de corrente elétrica.

A eletrólise da água exige a presença de um catalisador para acontecer em escala industrialmente interessante. Isto porque o processo não acontece espontaneamente, exigindo o fornecimento de energia, e os chamados “eletrocatalisadores” entram para diminuir a quantidade de energia necessária e, consequentemente, o custo.

Os metais nobres, especialmente a platina, têm ótima atividade catalítica, mas sua escassez e custo elevado fazem com que não sejam uma alternativa viável. Por isso, a pesquisa na área têm buscado materiais que possam substituí-los, e um artigo publicado recentemente por pesquisadores brasileiros traz uma contribuição de grande relevância, ao acrescentar à liga de níquel (Ni) e molibdênio (Mo) já empregada mais comumente o Cobre (Cu) e, assim, obter aprimoramento significativo da reação que produz o hidrogênio.

O artigo, publicado em março no periódico ACS Applied Materials & Interfaces, tem autoria de uma equipe de pesquisadores liderados por Lúcia Helena Mascaro, docente do Departamento de Química (DQ) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e integrante da divisão de Portadores Densos de Energia (DEC) do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE). Nele, é relatado como a adição do cobre à liga NiMo gerou, por eletrodeposição, um filme compósito com duas fases – NiMo e NiCu – com rugosidade 30 vezes superior à do filme de NiMo. Com isso, a superfície de contato para a reação de redução do hidrogênio é muito maior e, consequentemente, é ampliada significativamente a quantidade de hidrogênio produzido em uma mesma área geométrica de eletrodo.

Um diferencial importante para os resultados obtidos pelo grupo foi a fabricação do filme por eletrodeposição, técnica simples (realizada em pressão e temperatura ambiente), barata e, assim, facilmente escalável para a aplicação industrial. Embora a combinação entre níquel, molibdênio e cobre já tivesse sido proposta em pesquisas anteriores, a eletrodeposição permite maior controle e a análise da espessura, estrutura de fases e morfologia do filme obtido. Assim, os pesquisadores testaram diferentes combinações entre os materiais, para chegar à solução ótima e, também, melhor compreender da influência do cobre na morfologia do material e em sua performance catalítica.

O artigo, intitulado “NiMo-NiCu inexpensive composite with high activity for hydrogen evolution reaction” tem como primeiro autor Hugo Leandro Sousa dos Santos, mestre e agora doutorando no Programa de Pós-Graduação em Química (PPGQ) da UFSCar, sob orientação de Mascaro. Os demais autores são Patrícia G. Corradini, que realiza atividades de pós-doutorado no DQ, Marina Medina, também doutoranda no PPGQ, e Jeferson A. Dias, que concluiu doutorado recentemente no Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PPGCEM) da UFSCar.

Lúcia Mascaro conta que os próximos passos, quando for possível retomar as atividades laboratoriais diante da pandemia de Covid-19, será o aumento da escala dos dispositivos produzidos, da ordem de 1 cm² para peças de 5 a 25 cm², já instaladas em eletrolisadores. “Com isso, poderemos verificar, por exemplo, a quantidade exata de hidrogênio produzido, bem como se há perda de eficiência na nova escola e como redesenhar o material para que essa perda seja a menor possível”, explica a pesquisadora.

Legenda: Abstract gráfico do artigo ilustra o ganho de rugosidade com a adição do cobre à liga NiMo (Crédito: Autores)