Pesquisadores da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, descobriram um fenômeno atômico inédito que permite criar catalisadores recordistas para a produção de hidrogênio verde. O estudo, publicado na revista Advanced Materials, mostra que átomos de platina e níquel podem se misturar, separar e recombinar no mesmo experimento, gerando partículas híbridas altamente ativas.
A separação e recombinação dos metais ocorre sob o feixe de um microscópio eletrônico, que funciona como fonte de energia para a reação química. Esse comportamento dinâmico desafia a termodinâmica clássica, já que os átomos se reorganizam de forma reversível, como seres vivos respondendo ao ambiente.
As nanopartículas resultantes são formadas por duas metades: platina metálica e óxido de níquel, separadas por uma interface atômica precisa. Essa estrutura híbrida mostra cooperação única entre os dois materiais durante a quebra da molécula de água, acelerando a produção de hidrogênio.
De acordo com o líder da pesquisa, Dr. Jesum Alves Fernandes, da Escola de Química da Universidade de Nottingham, a possibilidade de ajustar reversivelmente a estrutura da partícula abre caminho para catalisadores adaptativos. Isso oferece uma nova estratégia para projetar materiais inteligentes para diversas aplicações, afirmou.
O Dr. Emerson Kohlrausch, que conduziu os experimentos, relatou surpresa ao ver os metais se separarem diante de seus olhos no microscópio. O fenômeno contraria a segunda lei da termodinâmica, que prevê apenas mistura espontânea, como quando se adiciona leite ao café.
O professor Andrei Khlobystov, especialista em nanomateriais da mesma universidade, destacou que a formação das partículas híbridas foi observada em tempo real, um feito sem precedentes. A equipe utilizou uma folha de grafeno, o material mais fino possível, para suportar as nanopartículas e controlar a energia do feixe eletrônico.
A professora Ute Kaiser, da Universidade de Ulm, na Alemanha, liderou o desenvolvimento do microscópio especial usado nos experimentos. Ela explicou que as condições foram ajustadas para rastrear a posição de cada átomo, permitindo a visualização direta do rearranjo.
Os pesquisadores demonstraram que o mesmo processo de separação observado no microscópio ocorre sob condições reais de eletrólise da água. Isso resultou em um dos catalisadores mais eficientes já registrados para a produção de hidrogênio verde.
O hidrogênio verde é considerado peça-chave na transição energética global, pois pode armazenar energia renovável e substituir combustíveis fósseis. A descoberta abre perspectivas para o design de catalisadores em setores como conversão de energia, fabricação química e processos industriais sustentáveis.
o estudo mostra que o movimento atômico pode ser transformado em ganhos de eficiência energética. A cooperação entre platina e óxido de níquel na fronteira atômica impulsiona a reação de forma recorde.
O trabalho contou com a colaboração das universidades de Birmingham e Ulm, além da fonte de luz Diamond Light Source. A pesquisa foi publicada com o título Direct Imaging Reveals the Atomic Mechanism of Active-Site Formation in Nanoclusters for Hydrogen Production. Os resultados indicam que catalisadores capazes de se reorganizar em tempo real podem revolucionar a produção de hidrogênio e outras tecnologias limpas. A descoberta reforça o potencial da nanotecnologia para enfrentar os desafios da sustentabilidade global.