I chimici della Rice University hanno prodotto un catalizzatore a base di grafene indotto dal laser che divide l'acqua in idrogeno da un lato e ossigeno dall'altro. Hanno detto che il materiale poco costoso può essere un componente pratico nella generazione dell'idrogeno da utilizzare nelle future celle a combustibile.

Il materiale facilmente fabbricabile sviluppato dal laboratorio Rice del chimico James Tour offre un modo robusto ed efficiente per immagazzinare energia chimica. I test hanno mostrato che il catalizzatore sottile produce grandi bolle di ossigeno e idrogeno su entrambi i lati contemporaneamente.

Il processo è oggetto di un documento dell'American Chemical Society's Materiali applicati e interfacce .

"Attualmente l'idrogeno viene prodotto convertendo il gas naturale in una miscela di anidride carbonica e idrogeno gassoso, " disse Tour. "Quindi per ogni due molecole di idrogeno, si forma una molecola di anidride carbonica, rendendo questo processo tradizionale un emettitore di gas serra.

"Ma se si divide l'acqua in idrogeno e ossigeno, utilizzando un sistema catalitico e l'elettricità generata da energia eolica o solare, allora l'idrogeno offerto è interamente rinnovabile, " ha detto. "Una volta utilizzato in una cella a combustibile, ritorna acqua senza altre emissioni. E le celle a combustibile sono spesso due volte più efficienti dei motori a combustione interna, ulteriore risparmio energetico."

Il catalizzatore è un altro uso per il versatile grafene indotto dal laser (LIG), che Rice ha introdotto nel 2014. Il LIG è prodotto trattando la superficie di un foglio di poliimmide, una plastica economica, con un laser. Piuttosto che un foglio piatto di atomi di carbonio esagonali, LIG è una schiuma di fogli di grafene con un bordo attaccato alla superficie sottostante e bordi chimicamente attivi esposti all'aria.

La stessa LIG è inerte, quindi trasformarlo in uno splitter per l'acqua richiede qualche passaggio in più. Primo, il laboratorio ha impregnato con particelle di platino il lato della plastica destinato a estrarre l'idrogeno dall'acqua; quindi il laboratorio ha utilizzato un laser per riscaldare la superficie e realizzare LIG. Il materiale Rice utilizza solo un quarto del platino che si trova nei catalizzatori commerciali, disse Jibo Zhang, uno studente laureato Rice e autore principale del documento.

L'altra parte, per l'evoluzione dell'ossigeno, è stato prima trasformato in LIG e poi arricchito con nichel e ferro tramite deposizione elettrochimica. Entrambe le parti hanno mostrato potenziali di insorgenza bassi (la tensione necessaria per avviare una reazione) e prestazioni elevate su 1, 000 cicli.

Il laboratorio ha escogitato un'altra variante:trasformare la poliimmide in un catalizzatore LIG con cobalto e fosforo che potrebbe sostituire i lati platino o nichel-ferro per produrre idrogeno o ossigeno. Mentre il materiale a basso costo beneficia dell'eliminazione dei metalli nobili costosi, sacrifica una certa efficienza nella generazione di idrogeno, Tour ha detto.

Quando configurato con cobalto-fosforo per l'evoluzione dell'idrogeno e nichel-ferro per l'ossigeno, il catalizzatore ha fornito una densità di corrente di 10 milliampere per centimetro quadrato a 1,66 volt. Potrebbe essere aumentato a 400 milliampere per centimetro quadrato a 1,9 volt senza degradare il materiale. La densità di corrente governa la velocità della reazione chimica.

Tour ha affermato che il LIG avanzato offre prestazioni di scissione dell'acqua paragonabili e spesso migliori di molti sistemi attuali, con un vantaggio nel suo intrinseco separatore tra i prodotti di ossigeno e idrogeno. Ha notato che potrebbe trovare un grande valore come modo per immagazzinare chimicamente energia da impianti solari o eolici remoti che altrimenti andrebbero persi nella trasmissione.

Il materiale potrebbe anche servire come base per piattaforme di elettrocatalisi efficienti per la riduzione dell'anidride carbonica o dell'ossigeno, Egli ha detto.