Resíduos de fábricas de papel podem desbloquear energia limpa mais barata

O estudo, publicado em Biochar Xrelata que o catalisador atinge um baixo sobrepotencial de 250 mV a 10 mA cm² e permanece altamente estável por mais de 50 horas quando operando em densidade de corrente elevada. Esses níveis de desempenho apontam para uma alternativa viável e de baixo custo aos catalisadores de metais preciosos normalmente usados ​​na separação de água em larga escala.

“A evolução do oxigênio é uma das maiores barreiras para a produção eficiente de hidrogênio”, disse o autor correspondente Yanlin Qin, da Universidade de Tecnologia de Guangdong. “Nosso trabalho mostra que um catalisador feito de lignina, um subproduto de baixo valor das indústrias de papel e biorrefinaria, pode proporcionar alta atividade e durabilidade excepcional. Isso fornece uma rota mais verde e econômica para a geração de hidrogênio em larga escala.”

Transformando a lignina em uma estrutura funcional de carbono

A lignina é um dos polímeros naturais mais abundantes, mas muitas vezes é queimada para obter um retorno mínimo de energia. Neste trabalho, a equipe converteu lignina em fibras de carbono por meio de eletrofiação e tratamento térmico. Estas fibras servem como uma estrutura condutora e de suporte para as partículas de óxido metálico. O catalisador resultante, conhecido como NiO/Fe3O4@LCFs, contém fibras de carbono dopadas com nitrogênio que oferecem transporte rápido de carga, alta área superficial e forte estabilidade estrutural.

A microscopia revelou que os óxidos de níquel e ferro formam uma heterojunção em nanoescala dentro da estrutura da fibra de carbono. Esta interface desempenha um papel central na reação de evolução do oxigênio, ajudando as moléculas intermediárias a se ligarem e se separarem em taxas ideais. O emparelhamento desses óxidos metálicos com uma rede condutora de carbono melhora o movimento dos elétrons e evita que as partículas se agrupem, o que é um problema frequente em catalisadores de metais básicos convencionais.

Atividade verificada por meio de testes avançados

Medições eletroquímicas mostraram que o material tem um desempenho melhor do que os catalisadores contendo apenas um metal, especialmente sob as condições de alta corrente necessárias para sistemas de eletrólise do mundo real. O catalisador também exibe uma inclinação Tafel de 138 mV por década, indicando uma cinética de reação mais rápida. Evidências adicionais de espectroscopia Raman in situ e cálculos da teoria do funcional da densidade apoiam o mecanismo proposto, confirmando que a interface projetada impulsiona eficientemente a evolução do oxigênio.

Projeto escalável usando biomassa amplamente disponível

“Nosso objetivo era desenvolver um catalisador que não apenas tivesse um bom desempenho, mas também fosse escalonável e enraizado em materiais sustentáveis”, disse o co-autor Xueqing Qiu. “Como a lignina é produzida em grandes quantidades em todo o mundo, a abordagem oferece um caminho realista para tecnologias de produção industrial de hidrogénio mais ecológicas.”

As descobertas ressaltam o valor crescente dos materiais derivados de biomassa em aplicações de conversão de energia. A combinação de suportes de carbono renovável com interfaces de óxido metálico cuidadosamente projetadas alinha-se aos esforços globais para criar tecnologias de energia limpa de baixo custo e ecologicamente corretas.

Os pesquisadores observam que este método pode ser adaptado a diferentes combinações de metais e reações catalíticas, abrindo novas oportunidades para projetar eletrocatalisadores de próxima geração baseados em recursos naturais abundantes.