I ricercatori della KAUST hanno sviluppato un nuovo catalizzatore rivestito di molibdeno in grado di dividere in modo efficiente l'acqua in elettroliti acidi e potrebbe aiutare con una produzione efficiente di idrogeno.

Quando bruciato, l'idrogeno viene convertito in acqua e calore per creare una fonte di energia completamente pulita. Così, nella ricerca di energia più verde, c'è un urgente bisogno di mezzi sostenibili ed efficienti per produrlo. Un modo è dividere l'acqua utilizzando un processo noto come evoluzione fotocatalitica dell'idrogeno:le molecole d'acqua vengono scisse in idrogeno e ossigeno utilizzando solo la luce solare per fornire l'energia necessaria. In questo senso, l'idrogeno funge da mezzo per immagazzinare l'energia solare.

Gli scienziati stanno cercando modi per migliorare questa reazione di scissione dell'acqua sviluppando un catalizzatore ottimale. Sebbene siano stati provati molti materiali diversi, di solito sono influenzati negativamente dall'ossigeno che si crea anche insieme all'idrogeno durante il processo. I due prodotti gassosi possono facilmente ricombinarsi in acqua a causa di reazioni inverse di formazione di acqua, ostacolando la produzione di idrogeno.

Angel Garcia-Esparza e Tatsuya Shinagawa, due ex KAUST Ph.D. studenti come ricercatori di spicco sotto la supervisione del professore associato di scienze chimiche Kazuhiro Takanabe, hanno collaborato con altri colleghi del Centro di catalisi e altri specialisti dell'Università per creare un catalizzatore di reazione per l'evoluzione dell'idrogeno che sia sia acido-tollerante che prevenga selettivamente la reazione di riformazione dell'acqua1 .

"Lo sviluppo di catalizzatori tolleranti agli acidi è una sfida importante perché la maggior parte dei materiali non è stabile e si degrada rapidamente nelle condizioni acide che sono favorevoli alla generazione di idrogeno, " dice Garcia-Esparza.

Poiché l'acidità della soluzione era cruciale per la stabilità del materiale, il team ha impiegato del tempo per stabilire il livello di pH ottimale tra 1,1 e 4,9. Hanno quindi elettrorivestito di molibdeno su un catalizzatore di elettrodi di platino standard in una soluzione leggermente acida.

Confrontando le prestazioni del fotocatalizzatore con e senza il rivestimento di molibdeno, il team ha mostrato che senza molibdeno il tasso di produzione di idrogeno alla fine si è stabilizzato dopo 10 ore di funzionamento sotto illuminazione con luce ultravioletta. Però, l'introduzione del molibdeno ha impedito questo calo delle prestazioni. I ricercatori ritengono che ciò sia dovuto al fatto che il molibdeno agisce come una membrana gassosa, impedendo all'ossigeno di raggiungere il platino e di interrompere le sue prestazioni catalitiche.

"La sfida principale per la maggior parte dei catalizzatori è la stabilità a lungo termine dei materiali", ha spiegato Garcia-Esparza. "Quindi è un passo importante avere un materiale tollerante agli acidi in grado di prevenire la reazione di formazione di acqua che rallenta la scissione dell'acqua".

"Tuttavia, siamo ancora lontani da un dispositivo commerciale e c'è ancora del lavoro da fare, " disse Garcia-Esparza.