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Oct 18, 2023

I difetti intenzionali determinano reazioni migliori, riferiscono i ricercatori

June 7, 2023 This article

7 giugno 2023

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dalla stampa dell'Università di Tsinghua

Un difetto non è sempre una cosa negativa. In effetti, quando si tratta di migliorare il processo di elettrocatalisi che produce gas idrogeno a combustione pulita, potrebbe essere un’ottima cosa. Alcuni ricercatori con sede in Cina hanno progettato un elettrocatalizzatore, che accelera la reazione desiderata, con architetture sia amorfe che cristalline che contengono difetti nella struttura atomica. I difetti consentono all'elettrocatalizzatore di innescare un'attività di reazione "superiore", ha riferito il team.

Hanno pubblicato i loro risultati Nano Research Energy.

"La generazione di idrogeno dall'elettrolisi dell'acqua, o l'uso della corrente elettrica per dividere l'acqua e separare l'idrogeno dall'ossigeno, grazie all'energia rinnovabile, è una tecnologia promettente per mitigare e risolvere la crisi energetica e ambientale", ha affermato Cuiling Li, professore dell'Accademia cinese. delle Scienze, Istituto Tecnico di Fisica e Chimica, che è anche affiliato al Beijing Institute of Technology e al Binzhou Institute of Technology.

La reazione di evoluzione dell'ossigeno è la reazione anodica dell'elettrolisi dell'acqua, in cui la corrente continua provoca una reazione chimica che divide le molecole di ossigeno dalle molecole d'acqua. Tuttavia, Li ha definito questa reazione “un processo lento” e limita l’elettrolisi dell’acqua come meccanismo sostenibile per produrre gas idrogeno. Secondo Li, la reazione di evoluzione dell’ossigeno è lenta perché richiede molta potenza per innescare il modo in cui le molecole trasferiscono i loro costituenti, ma potrebbe essere accelerata con meno potenza se integrata con catalizzatori più efficienti.

"Sfruttare elettrocatalizzatori efficienti per la reazione di evoluzione dell'ossigeno è fondamentale per lo sviluppo di dispositivi elettrochimici per la conversione di energia pulita", ha affermato Li.

I ricercatori si sono rivolti all'ossido di rutenio, un catalizzatore a basso costo che aderisce meno ai reagenti e agli intermedi rispetto ad altri catalizzatori.

"Sono stati segnalati nanomateriali a base di ossido di rutenio con migliori prestazioni di reazione all'evoluzione dell'ossigeno rispetto ai prodotti commerciali, mentre strategie di progettazione di elettrocatalizzatori più sofisticate per evocare prestazioni catalitiche più efficienti sono urgentemente necessarie e in gran parte inesplorate", ha affermato Li.

Per colmare questa lacuna, i ricercatori hanno sintetizzato particelle porose di ossido di rutenio. Hanno poi trattato le particelle per produrre eterofasi regolate razionalmente, il che significa che le particelle contengono diverse architetture integrate insieme. Secondo Li, la struttura porosa ed eterofasica fornisce i difetti – essenzialmente intaccature nella struttura atomica – che consentono a siti più attivi affinché la reazione di evoluzione dell'ossigeno proceda con maggiore efficienza.

"Traendo vantaggio dagli abbondanti difetti, dai confini cristallini e dall'accessibilità del sito attivo dei campioni risultanti, sono state dimostrate prestazioni superiori della reazione di evoluzione dell'ossigeno", ha affermato Li, spiegando che gli elettrocatalizzatori ingegnerizzati non solo producono una migliore reazione di evoluzione dell'ossigeno, ma lo fanno anche con meno energia elettrica che alimenta il processo. "Questo studio dimostra l'importanza dell'ingegneria di fase e fornisce un nuovo percorso per la progettazione e la sintesi di catalizzatori che combinano strategie".

Maggiori informazioni: Chengming Wang et al, Particelle nanoporose di RuO 2 amorfe/cristalline ricche di difetti orientate all'ingegneria di fase per potenziare la reazione di evoluzione dell'ossigeno in mezzi acidi, Nano Research Energy (2023). DOI: 10.26599/NRE.2023.9120070