La reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) e la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) possono essere considerate due trofei nel campo dell'utilizzo efficiente dell'energia dell'idrogeno. Però, nell'OER acido, era necessario un alto potenziale applicato e la stabilità del catalizzatore è molto scarsa, che ha portato alla cinetica lenta. Con catalizzatore Ru, il processo è notevolmente accelerato. Credito:CUI Jie
Il carburante a idrogeno è pulito, rinnovabile e ad alta efficienza. L'elettrolisi dell'acqua è un modo ideale per produrre idrogeno, tuttavia richiede catalizzatori attivi e stabili che rendano questo processo più efficiente ed economico. Senza catalizzatori adatti, trasformare l'acqua in carburante sembra troppo bello per essere vero.
Fortunatamente, uno studio recente sta avvicinando questo sogno. Il team del professor Wu Yuen dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) ha preparato con successo una sorta di catalizzatore in lega di rutenio a singolo atomo, che accelera notevolmente il processo di elettrolisi dell'acqua con sovrapotenziale inferiore (220 mV).
Il gruppo ha preparato con successo un catalizzatore di rutenio (Ru) a singolo atomo mediante l'ingegneria dei difetti superficiali per catturare e stabilizzare i singoli atomi. Il catalizzatore Ru a singolo atomo fornisce un sovrapotenziale inferiore di 90 mV per raggiungere una densità di corrente di 10 mA/cm 2 , e un ordine di grandezza con una vita più lunga di quella del RuO . commerciale 2 .
In questo studio, i ricercatori hanno costruito una serie di Ru1 supportate da leghe utilizzando diverse leghe di PtCu mediante attacco acido sequenziale e lisciviazione elettrochimica. Hanno anche scoperto una relazione vulcanica tra l'attività della reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) e la costante reticolare delle leghe di PtCu. Indagini sulla teoria del funzionale della densità rivelano che la deformazione compressiva del guscio di pelle di Pt ingegnerizza la struttura elettronica della Ru1, consentendo un legame ottimizzato delle specie di ossigeno e una migliore resistenza alla sovraossidazione e alla dissoluzione.
Ru è stato atomicamente disperso in un supporto metallico. In ambiente acido elettrolitico, molecole d'acqua sono state adsorbite sull'atomo di Ru sito attivo sotto il potenziale applicato, e quindi il catalizzatore Ru a singolo atomo aumenta l'elettrolisi dell'acqua acida producendo ossigeno tramite il meccanismo OOH. (Viola, blu, le palline rosse e bianche rappresentano Ru, pt, atomi di O e H, rispettivamente.) Credito:WU Yuen
Rispetto ai sistemi a base di iridio, che hanno una migliore resistenza alla dissoluzione, Quelli a base di Ru hanno riserve più abbondanti e sono stati valutati per essere un catalizzatore OER più attivo a causa del suo sovrapotenziale inferiore.
Questa ricerca rende la produzione di idrogeno attraverso l'elettrolisi dell'acqua più facile ed efficiente, e consente alle persone di vedere il grande potenziale dell'idrogeno come una nuova energia alternativa in futuro.
Tuttavia, finora, il problema della stabilità del catalizzatore non è stato completamente risolto. "Ci sono ancora molte esplorazioni per migliorare ulteriormente il sistema di reazione e continueremo a progettare esperimenti e a cercare di trovare il modo migliore per aumentare l'attività e la stabilità dei catalizzatori". ha detto Ph.D. yao.
