Una tecnica per creare un materiale per l'elettrolisi dell'acqua conveniente utilizza un semplice metodo chimico per preparare anodi a base di nichel per migliorare la reazione di evoluzione dell'ossigeno. Guadagni di efficienza come questo sviluppato da KAUST sono importanti nell'evoluzione delle energie rinnovabili.

Una tecnica per creare un materiale per l'elettrolisi dell'acqua conveniente utilizza un semplice metodo chimico per preparare anodi a base di nichel per migliorare la reazione di evoluzione dell'ossigeno. Guadagni di efficienza come questo sviluppato da KAUST sono importanti nell'evoluzione delle energie rinnovabili.

L'idrogeno immagazzina un'enorme quantità di energia e quindi offre un grande potenziale come prodotto sostenibile, fonte di energia priva di carbonio. L'idrogeno è abbondante anche sulla Terra, anche se prevalentemente sotto forma di acqua. L'elettrocatalisi può separare gli atomi di idrogeno dagli atomi di ossigeno, ma una considerazione cruciale è un processo noto come evoluzione dell'ossigeno. È noto che il tasso di creazione di ossigeno influisce sul tasso di produzione complessivo di idrogeno, quindi gli scienziati stanno cercando un catalizzatore per migliorare questa reazione.

metalli nobili, come iridio e rutenio, hanno eccellenti prestazioni di evoluzione dell'ossigeno, ma sono molto costosi. Come alternativa più economica, dottorato di ricerca lo studente Tatsuya Shinagawa e lo studente di tirocinio Marcus Ng sono stati guidati dal Professore Associato Kazuhiro Takanabe del Centro di catalisi KAUST per utilizzare un semplice metodo chimico per migliorare la reazione di evoluzione dell'ossigeno.

Gli elettrocatalizzatori a base di nichel hanno mostrato prestazioni incoraggianti in esperimenti precedenti. Notevole tra questi è l'ossido di ferro-nichel; ma il costo e la complessità della sua sintesi è un inconveniente.

"Gli elettrolizzatori esistenti funzionano in ambienti estremamente alcalini o acidi, e queste dure condizioni saranno costose se alimentate da fonti di energia rinnovabile, " ha detto Shinagawa. "Anche importante è che la maggior parte degli studi sulla scissione elettrocatalitica dell'acqua sono stati eseguiti a temperatura ambiente. Nei sistemi pratici sono necessarie temperature più elevate".

Il protocollo del team prevede cicli redox ripetuti del nichel in un elettrolita carbonato o fosfato a pH moderato e temperatura di circa 55°C e la valutazione delle prestazioni del processo di scissione dell'acqua a temperature elevate (fino a 80°C)

L'acquisizione di immagini dell'elettrodo di nichel risultante con un microscopio elettronico a scansione ha indicato che il processo di fabbricazione ristruttura la superficie per creare uno strato di idrossido di ossido di nichel spesso più di un millimetro. La struttura tridimensionale di questo strato può intrappolare cationi di metalli alcalini debolmente legati e acqua.

Il team ha dimostrato che il loro elettrodo ha mostrato prestazioni di reazione di evoluzione dell'ossigeno notevolmente superiori rispetto all'ossido di nichel-ferro in condizioni di pH quasi neutro ea temperature comunemente utilizzate nella lavorazione industriale.

"Speriamo di seguire questo studio costruendo un'ulteriore comprensione delle proprietà del materiale e delle sue prestazioni, " disse Shinagawa. "Per esempio, uno studio approfondito sulla cinetica identificherà la fase di reazione limitante sull'elettrocatalizzatore a base di nichel preparato, che porterà ad un ulteriore miglioramento dell'attività catalitica."