As células de óxido sólido são uma parte importante da energia limpa. Estes dispositivos funcionam a altas temperaturas e podem fazer duas coisas úteis. Podem funcionar como células de combustível, transformando hidrogénio em eletricidade, ou podem funcionar ao contrário, usando eletricidade para dividir a água e criar gás hidrogénio. Para que estas reações químicas aconteçam rapidamente, os engenheiros usam ajudantes microscópicos chamados nanocatalisadores.
Durante muito tempo, os cientistas pensaram que estes pequenos aceleradores de metal eram ferramentas simples e fixas. Mas uma equipa de investigadores na Coreia do Sul descobriu um comportamento dinâmico escondido dentro deles. De acordo com um novo estudo, os nanocatalisadores de prata mudam as suas zonas de trabalho ativas dependendo da tarefa que estão a realizar.
Os cientistas testaram vários metais, incluindo cobalto, paládio e platina. Descobriram que a prata proporcionava o maior impulso para reações relacionadas com o oxigénio. Mas a verdadeira surpresa surgiu quando observaram mais de perto como a prata se comportava em diferentes tarefas.
Quando uma célula de óxido sólido está a gerar eletricidade, precisa de reduzir o oxigénio. Durante este processo, as partículas de prata ajudam a passar eletrões para as moléculas de oxigénio. Os cientistas notaram que a atividade química mais intensa acontecia na fronteira onde a prata tocava o material do elétrodo subjacente.
No entanto, quando a máquina produzia hidrogénio, precisava de libertar oxigénio. Neste modo, a zona principal de atividade mudou-se inteiramente para a superfície exterior da própria prata.
Para observar esta mudança microscópica, os investigadores tiveram de criar um ambiente de teste perfeito. Criaram um elétrodo especial com um padrão geométrico controlado, colocando as nanopartículas de metal a distâncias exatas umas das outras. Depois, usando radiação síncrotron poderosa e modelos de computador a nível atómico, observaram a prata a alterar as propriedades eletrónicas da superfície do elétrodo.
O projeto reuniu especialistas da Universidade Nacional de Seul, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia e do Instituto Básico de Ciência da Coreia. O Professor WooChul Jung, que ajudou a dirigir a investigação na Universidade Nacional de Seul, explicou o valor da descoberta. "Esta investigação é significativa porque avalia quantitativamente o desempenho dos nanocatalisadores, identificando ao mesmo tempo os seus locais de reação reais e os mecanismos de operação", disse Jung.
Este comportamento de mudança significa que os engenheiros já não podem tratar os catalisadores apenas como aceleradores básicos de reações. Em vez disso, os investigadores sugerem uma nova abordagem para construir dispositivos de energia limpa.
Se aplicadas à tecnologia do mundo real, estas ideias poderiam reduzir a quantidade de energia necessária para fabricar combustível de hidrogénio a partir de fontes renováveis. Poderiam também aumentar a produção elétrica de sistemas de energia locais para casas e fábricas.
"Planeamos estabelecer isto ainda mais como um novo princípio de design que pode ser aplicado a vários materiais de conversão de energia e sistemas catalíticos", observou Jung.
A chave para alimentar grandes instalações industriais pode simplesmente exigir a compreensão exata de onde as partículas mais pequenas realizam o seu trabalho.