Os avanços tecnológicos têm acarretado cada vez mais no consumo de energia. Diversas são as fontes de energia renováveis e não renováveis que existem para suprir a demanda energética da sociedade. Um dos grandes desafios do século atual consiste na geração de energia limpa, sendo entendida como aquela que não gera subprodutos que provoquem um impacto negativo ao meio ambiente. Nesse sentido, pesquisas estão se concentrando na produção, transporte, armazenamento, distribuição e aplicação de hidrogênio verde como fonte de energia limpa, por emitir apenas vapor de água como subproduto da reação. Essa é uma promissora solução energética com potencial de descarbonização, tendo aplicação nobre como fonte alternativa de combustível.
O hidrogênio verde é obtido a partir da quebra das moléculas de água em H+ e OH-, usando eletricidade de fontes renováveis, como eólica, solar, hidrelétrica, geotérmica, em um processo conhecido como eletrólise. Esse é um processo não espontâneo, no qual ocorre a passagem de uma corrente elétrica em um sistema, mobilizando íons para produzir reações químicas de oxirredução. Esse processo envolve dois eletrodos, geralmente inertes, o ânodo em que ocorre a oxidação, produzindo O2 por meio da Oxygen Evolution Reaction (OER) e o cátodo onde acontece a redução, produzindo H2 por meio da Hydrogen Evolution Reaction (HER).
A escolha do material que constitui os eletrodos determina a eficiência e viabilidade econômica da eletrólise. Um dos materiais que poderia ser utilizado como eletrodo é a platina, devido às suas propriedades como alta condutividade elétrica, alta superfície ativa, baixo sobrepotencial de reação, necessitando de um mínimo de energia adicional para que a reação ocorra, boa resistência à corrosão e a à oxidação, o que atribui estabilidade química à reação. No entanto, a sua escassez na crosta terrestre, a torna um material de elevado valor aquisitivo.
Um dos estudos nesse campo se concentra em descobrir materiais que substituam metais de alto custo por aqueles que apresentem propriedades similares, como bom potencial de conduzir elétrons. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é modificar as propriedades estruturais do dissulfeto de molibdênio para melhorar o seu potencial no processo de eletrólise da água para a produção de hidrogênio verde, no lugar de metais nobres e raros, como a platina .
O dissulfeto de molibdênio (MoS2) pertence a classe de materiais denominada Transition Metal Dichalcogenides (TMDC). É um material constituído por uma camada de átomos de molibdênio (Mo) ligados covalentemente à duas camadas de átomos de enxogre (S) em uma coordenação trigonal prismática e uma espessura de 0,65nm. Entre as camadas de S-Mo-S há ligações de van der Waals que são ligações fracas, e possibilitam obter monocamadas, por meio de processos como a esfoliação química ou mecânica. A estrutura da monocamada é hexagonal e a atividade catalítica do MoS2 é aumentada nas bordas. O MoS2 se apresenta como um promissor eletrodo para a HER. Sendo assim, para melhor aproveitamento do material em eletrocatálise, é necessário criar vacâncias ou defeitos no interior da camada para obter mais bordas.
Existem vários meios possíveis para tentar aumentar a atividade catalítica do MoS2. Nesse sentido, foram exploradas três hipóteses para melhorar a atividade catalítica do MoS2: formação de fractal, dopagem com cobalto e nanopartículas magnéticas, sendo esta última testada experimentalmente.
As nanopartículas magnéticas de Fe3O4 foram sintetizadas por co-precipitação. e foi realizada a esfoliação química do MoS2 utilizando isopropanol, a fim de obter monocamdas. Foram preparados eletrodos de impressão a base de ouro e de carbono para realizar testes de voltametria. O preparo do eletrodo consistiu em depositar uma camada de magnetita, uma camada de MoS2 e, por fim, o eletrodo teve contato com um ímã de neodímio com o propósito de deslocar átomos da camada de MoS2, criando as vacâncias.
No que se refere aos resultados, as caracterizações realizadas revelaram a presença de picos característicos em MoS2 e Fe3O4 nas amostras. As voltametrias indicaram que os eletrodos com nanopartículas e MoS2 foram menos eficientes que os controles, possivelmente devido ao bloqueio de parte da área efetiva dos eletrodos pelas nanopartículas.
Concluindo, apesar de o eletrodo não atingir a eficiência da platina, o estudo fornece insights a essa área que está em expansão. A hipótese de deslocamento das nanopartículas pode não ter quebrado a ligação Mo-S, e pressupõem-se que as nanopartículas tenham interferido na captura do sinal do eletrodo. Portanto, em perspectivas futuras, é recomendável cálculos teóricos para determinar as propriedades do ímã necessário ao rompimento das ligações covalentes, bem como testes com outras nanopartículas magnéticas. Por fim, este trabalho contribui para a pesquisa de catalisadores eficientes na produção de hidrogênio verde, abrindo novas possibilidades de investigação.
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