La produzione di idrogeno è migliorata grazie all’innovazione dei nanoaghi

Jan 29, 2024

La produzione di idrogeno efficiente e a basso costo è fondamentale per facilitare la transizione verso l’energia pulita.

L’attuale metodo per produrre idrogeno verde avviene tramite la scissione elettrochimica dell’acqua. Questo processo divide l'acqua nei suoi elementi idrogeno e ossigeno utilizzando un elettrocatalizzatore.

Tuttavia, gli elettrocatalizzatori si basano su elementi costosi come il platino. Ciò rende difficile l’applicazione di questa tecnologia su scala commerciale diffusa.

Ora, i ricercatori hanno dimostrato che l’aggiunta di molibdeno a un catalizzatore di fosfuro di nichel-cobalto e la sua sintesi con un processo idrotermale a gradiente crea una microstruttura unica. Questa microstruttura ha migliorato le prestazioni del catalizzatore, dando vita a un processo più applicabile alla produzione di idrogeno su larga scala.

L'articolo, "Elettrocatalizzatore altamente efficiente e stabile per l'evoluzione dell'idrogeno mediante nanoaghi di fosfuro Ni-Co drogati con molibdeno ad alta densità di corrente", è pubblicato su Nano Research.

“L’innovativa combinazione di processi idrotermali a gradiente e di fosfurazione forma una struttura a microsfera”, ha affermato Yufeng Zhao, professore presso il College of Sciences & Institute for Sustainable Energy presso l’Università di Shanghai a Shanghai, in Cina.

“Queste nanoparticelle con un diametro di circa cinque-dieci nanometri formano nanoaghi, che successivamente si autoassemblano in una struttura sferica. I nanoaghi offrono abbondanti siti attivi per un efficiente trasferimento di elettroni e la presenza di particelle di piccole dimensioni e rugosità su microscala migliora il rilascio di bolle di idrogeno”.

I ricercatori hanno creato la microstruttura utilizzando il drogaggio degli elementi. Questa tecnica consiste nell'aggiunta intenzionale di impurità a un catalizzatore per migliorarne l'attività.

Nello studio, il molibdeno (Mo) è stato aggiunto al fosfuro bimetallico di nichel-cobalto (Ni-Co) (P). Già il modo in cui gli ioni cobalto e nichel interagiscono conferisce ai fosfuri Ni-Co prestazioni elettrocatalitiche eccezionali.

Una volta aggiunto il molibdeno ed utilizzato un processo idrotermale a gradiente, il Ni-CoP drogato con Mo è stato depositato su una schiuma di nichel.

Sul fosfuro è stata poi formata la microstruttura unica dei nanoaghi.

"Il doping con tracce di molibdeno ottimizza la struttura elettronica e aumenta il numero di siti elettroattivi", ha affermato Zhao.

Il team ha testato l'affidabilità, la stabilità e le prestazioni del catalizzatore Ni-CoP drogato con Mo. Hanno scoperto che la densità rimaneva quasi costante dopo 100 ore e la sua struttura era ben mantenuta.

Ciò è dovuto alla struttura unica dei nanoaghi, che impedisce al catalizzatore di collassare quando l’idrogeno si accumula. I loro calcoli hanno anche mostrato che il catalizzatore era eccezionalmente efficiente nel facilitare la produzione di idrogeno.

Guardando al futuro, il team spera di testare le prestazioni della reazione in diverse soluzioni.

Gli studi futuri esamineranno anche alternative alla schiuma di nichel, come la rete di titanio, che può funzionare in tutto l’intervallo di pH.

“Nel lavoro futuro, raccomandiamo di esplorare l’applicazione del catalizzatore nella produzione di idrogeno assistita dall’ossidazione di piccole molecole, come l’urea. Questo approccio ridurrebbe il sovrapotenziale dell’elettrolisi dell’acqua e mitigherebbe l’inquinamento ambientale causato dalle acque reflue contenenti urea”, ha affermato Zhao.

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