Le simulazioni degli scienziati della Purdue University hanno svelato il mistero di un nuovo elettrocatalizzatore che potrebbe risolvere un problema significativo associato alle celle a combustibile e agli elettrolizzatori.

Celle a combustibile, che utilizzano reazioni chimiche per produrre energia, ed elettrolizzatori, che convertono l'energia in idrogeno o altri gas, utilizzare elettrocatalizzatori per promuovere reazioni chimiche. Gli elettrocatalizzatori che possono attivare tali reazioni tendono ad essere instabili perché possono corrodersi nelle soluzioni acquose altamente acide o basiche utilizzate nelle celle a combustibile o negli elettrolizzatori.

Un team guidato da Jeffrey Greeley, professore associato di ingegneria chimica, ha individuato la struttura di un elettrocatalizzatore costituito da nanoisole di nichel depositate su platino che sia attivo e stabile. Questo design ha creato nel nichel delle proprietà che secondo Greeley erano inaspettate ma altamente benefiche.

"Le reazioni hanno portato a strutture molto stabili che non avremmo predetto semplicemente osservando le proprietà del nichel, " ha detto Greeley. "Si è rivelata una bella sorpresa."

Il team di Greeley e i collaboratori che lavoravano all'Argonne National Laboratory avevano notato che il nichel posto su un substrato di platino mostrava potenziale come elettrocatalizzatore. Il laboratorio di Greeley si è quindi messo al lavoro per capire come un elettrocatalizzatore con questa composizione potesse essere sia attivo che stabile.

Il team di Greeley ha simulato diversi spessori e diametri di nichel su platino, nonché tensioni e livelli di pH nelle cellule. Il posizionamento di nichel solo uno o due strati atomici di spessore e uno o due nanometri di diametro ha creato le condizioni che desideravano.

"Sono come piccole isole di nichel che siedono su un mare di platino, " ha detto Greeley.

Lo strato ultrasottile di nichel è fondamentale, Greeley ha detto, perché è nel punto in cui i due metalli si uniscono che si verifica tutta l'attività elettrochimica. E poiché ci sono solo uno o due strati atomici di nichel, quasi tutto reagisce con il platino. Ciò non solo crea la catalisi necessaria, ma cambia il nichel in un modo che gli impedisce di ossidarsi, fornendo la stabilità.

I collaboratori di Argonne hanno quindi analizzato la struttura nichel-platino e hanno confermato le proprietà che Greeley e il suo team si aspettavano che l'elettrocatalizzatore avesse.

Prossimo, Greeley prevede di testare strutture simili con metalli diversi, come sostituire il platino con l'oro o il nichel con il cobalto, oltre a modificare il pH e le tensioni. Crede che altre combinazioni più stabili e attive possano essere trovate usando la sua analisi computazionale.

Lo studio è stato pubblicato su Energia della natura .