Introdução
A transição energética enfrenta desafios urgentes relacionados ao desenvolvimento de métodos viáveis e escaláveis para o armazenamento de energia gerada por fontes renováveis intermitentes. Nesse contexto, a utilização de energia excedente para a produção de hidrogênio via processos eletroquímicos apresenta-se como uma estratégia altamente promissora [2]. Embora a platina seja o catalisador de referência para a Reação de Evolução de Hidrogênio (HER), seu alto custo comercial e escassez limitam sua implementação em larga escala. Consequentemente, as nanopartículas metálicas com estrutura núcleo-casca (core-shell) emergem como uma alternativa viável, por viabilizarem a redução significativa da quantidade de platina, enquanto preservam uma alta atividade catalítica, além de aumentar a razão superfície/volume.
Objetivos
O presente trabalho visa investigar a influência da espessura da casca de platina na eficiência catalítica para a HER em nanopartículas com caroço de ouro, analisando especificamente sistemas core-shell de geometria octaédrica compostas por 116 átomos.
Metodologia
A investigação das propriedades termodinâmicas foi realizada via simulações baseadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), utilizando o VASP [3]. A eficiência catalítica foi parametrizada pela variação da energia livre de Gibbs de adsorção de hidrogênio (?G), calculada através do método do Eletrodo de Hidrogênio Computacional [1]. Estruturalmente, para as nanopartículas octaédricas de 116 átomos, foram mapeados 10 sítios de adsorção distintos, correspondendo a posições não equivalentes do ponto de vista estrutural e de simetria.
Resultados
A análise dos distintos sítios de adsorção da configuração Au@Pt revelou que a interação núcleo-casca aprimora a termodinâmica da reação. Para o sítio "Ontop_1", enquanto a nanopartícula de ouro pura (NPAu) obteve um ?G de 0,69 eV, as arquiteturas core-shell NPAu@Pt com uma e duas camadas de casca exibiram -0,03 eV e -0,06 eV, respectivamente. Tais valores são próximos dos da nanopartícula de platina pura (NPPt), que resultou em -0,04 eV. Tendência análoga foi validada no sítio "Bridge_2", onde a NPAu@2_Pt alcançou um ?G de -0,02 eV, superando levemente o desempenho da própria NPPt (-0,05 eV).
Conclusão
O estudo evidencia que as estruturas NPAu@Pt apresentam um perfil termodinâmico excelente para a HER, alcançando atividades catalíticas equivalentes à platina pura com uma fração reduzida do material.
Referências
[1] J. K. Nørskov et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 17886.
[2] Turner, Science, 305, 972 (2004).
[3] G. Kresse, J. Furthmüller, Comput. Mater. Sci., 1996, 6, 15
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Pedro Alves da Silva Autreto
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