Uma equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Gyeongsang desenvolveu um catalisador de rutênio@carbono fabricado por laser pulsado que melhora significativamente a eficiência da produção de hidrogênio assistida por hidrazina. Publicado na eScience em setembro de 2025, o estudo demonstra como o catalisador otimizado Ru@C-200 alcança sobretensões ultrabaixas tanto para a evolução de hidrogênio quanto para a oxidação de hidrazina, permitindo grandes rendimentos de hidrogênio em tensões excepcionalmente baixas enquanto degrada simultaneamente a hidrazina tóxica.
Os pesquisadores sintetizaram o material rutênio@carbono usando uma estratégia de ablação por laser pulsado em líquido que produziu nanosesferas de Ru uniformes encapsuladas dentro de camadas de carbono grafítico. Entre todas as amostras, o Ru@C-200 apresentou o equilíbrio mais favorável de condutividade, estabilidade estrutural e interfaces metal-carbono eletronicamente acopladas. Este projeto otimizado permitiu uma baixa sobretensão de 48 mV para evolução de hidrogênio e apenas 8 mV para oxidação de hidrazina a 10 mA cm⁻², superando em muito os eletrocatalisadores convencionais.
A caracterização abrangente confirmou o núcleo metálico de Ru com estrutura cfc e o aumento da ordenação da camada de carbono em energias de laser mais altas. Análises in situ revelaram que os sítios metálicos de Ru são responsáveis pela evolução de hidrogênio, enquanto as espécies de RuOOH geradas na superfície impulsionam a oxidação de hidrazina. O estudo completo está disponível em https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100408.
Quando testado em um eletrolisador de divisão de hidrazina, um par Ru@C-200‖Ru@C-200 exigiu apenas 0,11 V para atingir 10 mA cm⁻² e manteve estabilidade por mais de 100 horas. A equipe demonstrou ainda uma bateria recarregável de zinco-hidrazina capaz de alimentar a produção de hidrogênio independentemente. A bateria alcançou 90% de eficiência energética e permaneceu estável ao longo de 600 ciclos de carga-descarga. Esses resultados destacam como as interfaces Ru-C projetadas melhoram simultaneamente a atividade, seletividade e durabilidade para reações anódicas e catódicas.
De acordo com a equipe de pesquisa, o catalisador Ru@C-200 destaca-se por sua rara combinação de baixo consumo de energia, durabilidade de longo prazo e capacidade catalítica bifuncional. O forte acoplamento eletrônico entre o núcleo de rutênio e a camada de carbono desempenha um papel fundamental na aceleração da transferência de carga e na ativação eficiente de intermediários relacionados à hidrazina e ao hidrogênio. Este projeto com interface otimizada demonstra como um único catalisador multifuncional pode atender às necessidades duplas de reduzir os custos de produção de hidrogênio e eliminar poluentes perigosos de hidrazina.
O sistema catalítico baseado em Ru@C fornece uma rota convincente para produção de hidrogênio em tensões dramaticamente mais baixas do que as exigidas para eletrólise tradicional, oferecendo economias substanciais de energia. Sua capacidade de oxidar completamente a hidrazina enquanto gera hidrogênio posiciona-o como uma solução prática para indústrias que gerenciam águas residuais ricas em hidrazina. O acoplamento bem-sucedido com uma bateria recarregável de zinco-hidrazina ilustra um modelo autossuficiente no qual produção de hidrogênio, tratamento de resíduos e armazenamento de energia ocorrem simultaneamente.
Esta abordagem pode acelerar a adoção de infraestruturas de hidrogênio mais seguras e eficientes e inspirar novas tecnologias assistidas por hidrazina adaptadas para conversão de energia limpa e remediação ambiental. Os resultados destacam uma estratégia promissora para combinar geração de energia verde com remoção de poluentes usando um único eletrocatalisador multifuncional, potencialmente transformando como as indústrias abordam tanto a produção de energia quanto o gerenciamento de águas residuais.
