Rede Metalorgânica (MOF) à base de nióbio e sua aplicação na evolução de hidrogênio verde

Abstract

A transição energética é um dos principais desafios globais na busca por fontes de energia mais limpas e sustentáveis, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis e mitigando impactos ambientais. O hidrogênio (H2) destaca-se como alternativa promissora devido à sua alta densidade energética e zero emissões de carbono. No entanto, sua produção eficiente ainda exige avanços tecnológicos, especialmente no desenvolvimento de catalisadores para processos otimizados. Este estudo investiga a produção de H2 a partir de borohidreto de sódio (NaBH4), utilizando nanopartículas de platina (NP-Pt) suportadas em um metal–organic frameworks (MOF) de nióbio (Nb), [Nb(BDC)0.9(PDC)0.1]n, sintetizado pelo método solvotérmico. A caracterização do material foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), técnica de fissiossorção de nitrogênio usando o modelo BET, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A otimização do processo avaliou: (i) composição de catalisadores monometálicos (Pt, Co, Ni e Pd); (ii) teor de catalisador (5,0 × 10?4 – 5,0 × 10?² mmol); (iii) concentração de NaBH4 (0,50 – 1,50 mol L?¹); (iv) concentração de NaOH (0,010 – 0,200 mol L?¹); (v) temperatura (293 – 333 K); e (vi) reutilização dos catalisadores. O MOF apresentou alta cristalinidade, morfologia de bastões irregulares e área superficial de 398,58 m² g?¹. A maior taxa de geração de H2 (HGR) foi obtida com Pt-NP no MOF, atingindo 119,02 mL min?¹ g?¹ sob 10 mmol% de Pt, 0,5 mmol de NaBH4 e 303 K. A baixa energia de ativação (16,38 kJ mol?¹) indicou alta eficiência catalítica, com desempenho estável em oito ciclos de reutilização e rendimento de 92,82% no último ciclo. Esses resultados demonstram o grande potencial do material para geração prática de H2 a partir de NaBH4. Palavras-chave: Compostos de coordenação, Energia verde, Catálise heterogênea.The energy transition is one of the main global challenges in the search for cleaner and more sustainable energy sources, reducing dependence on fossil fuels and mitigating environmental impacts. Hydrogen (H2) stands out as a promising alternative due to its high energy density and zero carbon emissions. However, its efficient production still requires technological advances, especially in the development of catalysts for optimized processes. This study investigates the production of H2 from sodium borohydride (NaBH4), using platinum nanoparticles (Pt-NPs) supported on a niobium-based metal–organic framework (MOF), [Nb(BDC)0.9(PDC)0.1]n, synthesized by the solvothermal method. Material characterization was carried out using scanning electron microscopy (SEM), energy- dispersive spectroscopy (EDS), nitrogen physisorption using the BET model, Raman spectroscopy, and transmission electron microscopy (TEM). Process optimization evaluated: (i) the composition of monometallic catalysts (Pt, Co, Ni, and Pd); (ii) catalyst content (5.0 × 10?4 – 5.0 × 10?² mmol); (iii) NaBH4 concentration (0.50 – 1.50 mol L?¹); (iv) NaOH concentration (0.010 – 0.200 mol L?¹); (v) temperature (293 – 333 K); and (vi) catalyst reuse. The MOF exhibited high crystallinity, irregular rod- shaped morphology, and a surface area of 398.58 m² g?¹. The highest hydrogen generation rate (HGR) was obtained with Pt-NPs on the MOF, reaching 119.02 mL min?¹ g?¹ under 10 mmol% of Pt, 0.5 mmol of NaBH4, and 303 K. The low activation energy (16.38 kJ mol?¹) indicated high catalytic efficiency, with stable performance over eight reuse cycles and a yield of 92.82% in the final cycle. These results demonstrate the great potential of the material for practical hydrogen generation from NaBH4. Keywords: Coordination compounds, Green energy, Heterogeneous catalysis.