Atualizado 30 de abril de 2026
Cientistas Sul Coreanos separaram moléculas de hidrogênio e oxigênio simultaneamente com um catalizador inédito que usa um único átomo na operação. Além de reduzir drasticamente o uso de materiais nobres.
A pesquisa foi publicada na Revista Advanced Energy Materials.
Estaríamos presenciando o nascimento de uma verdadeira economia circular do hidrogênio renovável, como mais uma componente da matriz energética de alta sustentabilidade?
A seguir veremos a inovadora produção de hidrogênio por hidrólise da água usando átomo único, e como ela pode revolucionar a eficiência energética e a redução drástica no uso de materiais críticos, as terras raras. Em texto, Imagens e vídeos
Vídeo 1: Hidrogênio Verde: saiba como funciona o processo de produção da energia limpa
Vídeo 2: Uma nova forma de produzir Hidrogênio Com Água
Vídeo 3: Cientistas fazem descoberta importante na criação de “hidrogênio verde”
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Catalisador “tudo-em-um” de átomo único controla em nível atômico um eletrodo de forma estável para obter simultaneamente hidrogênio e oxigênio
O hidrogênio verde é uma promessa de energia limpa, mas a produção eficiente e sustentável a partir da hidrólise da água ainda é um desafio.
A tecnologia de produção de hidrogênio verde, que utiliza energia renovável para produzir hidrogênio ecológico sem emissões de carbono, está ganhando destaque como uma tecnologia fundamental para o combate ao aquecimento global.
O hidrogênio verde é produzido por meio da eletrólise, um processo que separa o hidrogênio e o oxigênio aplicando energia elétrica à água, o que requer catalisadores de baixo custo, alta eficiência e alto desempenho.
Uma das tecnologias para aumentar a eficiência na produção de hidrogênio são os catalisadores de átomo único (SACs). Eles estão ganhando popularidade em reações catalíticas devido à sua utilização atômica de quase 100% e sítios ativos definidos, o que proporciona grande conveniência para o estudo do mecanismo catalítico.
O desenvolvimento de eletrocatalisadores bifuncionais eficientes e duráveis é essencial para simplificar o projeto e a fabricação de eletrodos em eletrolisadores de água com membrana de troca aniônica (AEMWEs).
Contudo, a maioria dos catalisadores bifuncionais existentes apresenta baixa estabilidade e dificuldades para atingir alta atividade simultaneamente nas reações de evolução de hidrogênio (HER) e de evolução de oxigênio (OER).
É aqui que entra a inovação revolucionaria dos cientistas sul-coreanos. Eles desenvolveram um catalisador inédito de átomo único que permite a produção simultânea de Hidrogênio (H₂) e Oxigênio (O₂), em uma única etapa a partir da hidrólise da água, com uma eficiência inédita, além de reduzindo o uso de metais preciosos.
Esta inovação não apenas reduz drasticamente o custo e o impacto ambiental da produção de hidrogênio limpo, como também oferece uma alternativa segura para a sua utilização em diversos setores, incluindo transporte e indústria.
O Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST, anunciou que uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Na Jongbeom e pelo Dr. Kim Jong Min, do Centro de Pesquisa de Materiais Extremos, desenvolveu uma tecnologia de catalisador de eletrólise da água de última geração.
Essa tecnologia integra um catalisador “tudo-em-um” de átomo único, controlado com precisão em nível atômico, com uma tecnologia de eletrodo sem aglutinante.
Uma característica fundamental dessa tecnologia é sua capacidade de realizar, de forma estável, as reações de evolução de hidrogênio e de evolução de oxigênio simultaneamente em um único eletrodo.
“Essa tecnologia acelerará a comercialização de dispositivos de eletrólise da água e fornecerá um suporte substancial para a expansão da energia do hidrogênio.” Dr. Na Jongbeom, um dos autores
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Para reduzir custos e aumentar a eficiência, foram integrados metais nobres com metais não preciosos. Associando irídio com manganês (Mn) e níquel (Ni)
Os sistemas de eletrólise existentes apresentavam limitações que exigiam catalisadores e estruturas de eletrodos diferentes para a reação de evolução de hidrogênio (HER) e a reação de evolução de oxigênio (OER), o que implicava o uso de grandes quantidades de metais preciosos e caros.
Além disso, o aglutinante utilizado para fixar o catalisador ao eletrodo apresentava problemas, incluindo a redução da condutividade elétrica e o desprendimento do catalisador durante a operação a longo prazo.
Desta forma, adoção generalizada da tecnologia é dificultada pela disponibilidade limitada de eletrocatalisadores bifuncionais que sejam simultaneamente econômicos e altamente eficientes, os quais são cruciais para superar a cinética inerentemente lenta da reação de evolução de hidrogênio (HER) e da reação de evolução de oxigênio (OER) que ocorrem no cátodo e no ânodo.
Para reduzir custos, e aumentar a eficiência, os pesquisadores adotaram uma integração estratégica de traços de metais nobres com substratos de metais não preciosos.
A partir desta visão, alcançaram um projeto de catalisadores bifuncionais que exibem simultaneamente alta atividade catalítica, estabilidade a longo prazo e potencial para implementação em larga escala.
O aproveitamento das interações sinérgicas entre esses componentes permite que tais catalisadores operem efetivamente sob densidades de corrente relevantes para a indústria, representando, portanto, um avanço significativo rumo à implantação prática de tecnologias sustentáveis de produção de hidrogênio.
Os pesquisadores do KIST utilizaram tecnologia de controle de precisão em nível atômico para dispersar uniformemente átomos de irídio (Ir) na superfície de um suporte de hidróxido duplo lamelar (HDL) à base de manganês (Mn) e níquel (Ni), incorporando ácido fítico.
Essa estratégia substituiu o uso convencional de irídio metálico em massa. Uma metal de alto custo.
Ao maximizar o número de sítios ativos para reações de quebra da água com uma quantidade mínima de irídio, essa abordagem é análoga à distribuição uniforme de grãos finos de areia sobre uma grande superfície, em vez de depender de uma única rocha grande.
Em particular, o átomo único de irídio atua como um sítio ativo direto para a reação de evolução de hidrogênio por meio de sua forte interação com o suporte, enquanto simultaneamente aprimora o desempenho catalítico do sítio ativo à base de níquel, onde ocorre a reação de evolução de oxigênio.
Assim, um catalisador de átomo único alcançou características catalíticas bifuncionais, exibindo reatividade adequada para ambas as reações.
Além disso, a equipe de pesquisa aplicou um método de crescimento direto do catalisador na superfície do eletrodo, obtendo uma estrutura de eletrodo que não requer um aglutinante separado.
Isso melhorou significativamente a condutividade elétrica e garantiu excelente durabilidade mesmo durante operação de longo prazo.
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Economia, versatilidade e durabilidade tornam a tecnologia viável, com alta sustentabilidade: Reduz o uso de metais preciosos para 1,5 %
Esta tecnologia reduz significativamente o uso de metais preciosos para 1,5% em comparação com os catalisadores de metais preciosos existentes, ao mesmo tempo que alcança um desempenho excepcional nas reações de evolução de hidrogênio e oxigênio.
Além disso, demonstra alta estabilidade com mínima degradação de desempenho mesmo após operação contínua por mais de 300 horas em um sistema de eletrólise da água com membrana de troca aniônica (AEM).
Este resultado de pesquisa demonstra a viabilidade técnica de aprimorar simultaneamente a viabilidade econômica e a durabilidade dos sistemas de eletrólise, minimizando o uso de metais preciosos e simplificando as estruturas dos eletrodos.
Espera-se que contribua significativamente para a comercialização da produção de hidrogênio verde e para a redução dos custos de produção de hidrogênio no futuro.
O Dr. Na Jongbeom, do KIST, afirmou: “Este trabalho é extremamente significativo, pois resolve as duas reações essenciais para a produção de hidrogênio usando um único catalisador, reduzindo o consumo de metais preciosos.” Ele acrescentou:
Os pesquisadores enfatizam que esses resultados destacam o potencial da engenharia em nível atômico para o desenvolvimento de catalisadores bifuncionais duráveis e de alto desempenho para a conversão sustentável de energia.
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Bibliografia
Curadoria Técnica e Análise Audiovisual: Conteúdo Bibliográfico e Audiovisual Selecionado e Validado por Dr. Sergio Almeida Loiola – CV Lattes/CNPq.
Revista Advanced Energy Materials
Tailored Design of Iridium Single Atoms on Mn-Ni-Phytate with Robust Bifunctionality for Enhanced Anion Exchange Membrane Water Electrolysis
DOI: 10.1002/aenm.202506645
Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia
Pesquisa adicional
Single-atom photo-catalysts: Synthesis, characterization, and applications
http://doi.org/10.1016/j.nanoms.2023.11.001
Análise Audiovisual
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