O IIT Guwahati Desenvolve Material Para Combustível de Hidrogénio e Dessalinização de Água

(MENAFN- AsiaNet News)

Investigadores do Instituto Indiano de Tecnologia de Guwahati desenvolveram um novo material que pode gerar combustível de hidrogénio através da eletrólise da água. Embora a divisão geral da água exija um potencial termodinâmico de 1,23 V, este material demonstra um overpotencial de Reação de Evolução de Hidrogénio (HER) ultrabaixo de apenas 12 mV, superando o eletrodo comercial Pt/C, destacando assim o seu desempenho eletrocatalítico excecional.

Além disso, o mesmo material também mostra capacidade de suportar a dessalinização de água do mar usando energia solar. Os resultados desta pesquisa foram publicados na prestigiada revista Advanced Functional Materials, num artigo coautorado pelo Prof. PK Giri, Professor do Departamento de Física, juntamente com os seus investigadores, Koushik Ghosh e Sanjoy Sur Roy, do IIT Guwahati.

A Necessidade de Soluções Sustentáveis

A primeira refere-se ao aumento dos danos ambientais causados pelo uso de combustíveis fósseis. O hidrogénio é frequentemente referido como um combustível limpo porque, quando utilizado, a água é o único subproduto e não é produzido CO2. No entanto, a maior parte do hidrogénio atualmente utilizado é gerada a partir de combustíveis fósseis. Isto evidencia a necessidade de processos e materiais mais sustentáveis para obter e produzir hidrogénio.

A segunda questão é a escassez de água potável segura. Para resolver este problema, a dessalinização da água do mar pode ser uma opção. No entanto, trata-se de uma abordagem dispendiosa. A utilização da luz solar para o processo de dessalinização pode ser uma alternativa mais económica.

Um Catalisador Baseado em MXene Inovador

Em resposta, a equipa de investigação do IIT Guwahati desenvolveu um catalisador baseado em MXene que pode produzir hidrogénio de forma eficiente a partir da água e atuar como um fotocatalisador para a dessalinização. Os MXenes são um grupo de materiais bidimensionais conhecidos por propriedades como alta condutividade elétrica. No entanto, os MXenes comuns têm uma área de superfície ativa relativamente baixa, o que limita o seu desempenho catalítico.

Para ultrapassar esta limitação, os investigadores modificaram o material em estruturas ultra-finas, semelhantes a fitas, para melhorar o transporte de carga e aumentar a área de superfície ativa disponível. Também introduziram átomos de Rutenium em sítios de oxigénio-vacantes no material engenheirado para potenciar ainda mais o seu desempenho catalítico. Acredita-se que esta combinação fortalece as interações entre o metal e o suporte, resultando numa atividade catalítica altamente melhorada.

A equipa também realizou modelação computacional avançada para compreender como estas modificações a nível atómico contribuíram para o desempenho aprimorado. Durante os experimentos, observaram que o material engenheirado catalisou eficientemente a reação de evolução de hidrogénio quando uma pequena quantidade de energia adicional foi fornecida. O material apresentou um desempenho superior sob luz solar simulada devido às suas excelentes capacidades de conversão fototérmica e manteve a estabilidade por períodos mais longos, com mínima diminuição do desempenho.

Sobre os resultados da pesquisa, o Prof. Giri afirmou: “O material em camadas bidimensionais, MXene, é uma maravilha com aplicações multifuncionais. Este estudo demonstra o desenvolvimento sustentável de energia limpa de hidrogénio e uma solução de água potável através da engenharia de defeitos do MXene ultrafino. Devido ao seu alto desempenho e maior estabilidade, o material desenvolvido tem potencial para uso comercial.”

Aplicação na Dessalinização de Água do Mar

Como parte dos experimentos, os MXenes foram integrados numa estrutura tridimensional especialmente desenhada, chamada evaporador Janus. Este dispositivo flutua na água e reduz a perda de energia ao aquecer apenas a camada superficial. Sob condições de luz solar padrão, atingiu uma taxa de evaporação de aproximadamente 3,2 kg/m2/h.

Foi testado continuamente durante cinco dias em água salgada, sem qualquer depósito de sal. O sistema removeu eficazmente sais e outros contaminantes, produzindo água adequada ao consumo humano de acordo com os padrões internacionais de qualidade da água.

Os resultados demonstram o potencial deste sistema de dupla funcionalidade para suportar a dessalinização solar e uma produção de hidrogénio mais sustentável para uso no transporte, indústria e armazenamento de energia. (ANI)

(Exceto pelo título, esta notícia não foi editada pela equipa do Asianet Newsable em inglês e é publicada a partir de uma fonte sindicada.)