La copertina anteriore mostra la produzione di gas idrogeno quando elettroni e protoni si incontrano su nanofogli di nitruro di carbonio grafitico a complesso di ioni rutenio supportati su una superficie di grafene. L'immagine si basa su un'antica leggenda cinese di Niulang e Zhinü. Niulang era un mandriano umano e Zhinü era una fata del cielo. Si innamorarono l'uno dell'altro. Eppure il loro amore è stato bandito dalla regina delle fate, che li separava con la forza dal fiume Argento. Gli amanti potevano vedersi solo una volta all'anno, il 7° giorno del 7° mese lunare, con l'aiuto di uno stormo di gazze che formavano un ponte. Maggiori informazioni possono essere trovate nel Full Paper di Peng et al a pagina 130 in Issue?1, 2018 (DOI:10.1002/cssc.201701880). Credito:Yi Peng/ ChemSusChem
Un materiale composito nanostrutturato sviluppato presso l'UC Santa Cruz ha mostrato prestazioni impressionanti come catalizzatore per la scissione elettrochimica dell'acqua per produrre idrogeno. Un efficiente, catalizzatore a basso costo è essenziale per realizzare la promessa dell'idrogeno come un pulito, combustibile ecologico.
Ricercatori guidati da Shaowei Chen, professore di chimica e biochimica all'UC Santa Cruz, hanno studiato l'uso di materiali nanostrutturati a base di carbonio come catalizzatori per la reazione che genera idrogeno dall'acqua. In uno studio recente, hanno ottenuto buoni risultati incorporando ioni rutenio in una nanostruttura simile a un foglio composta da nitruro di carbonio. Le prestazioni sono state ulteriormente migliorate combinando il nitruro di carbonio drogato con rutenio con il grafene, una forma simile a un foglio di carbonio, per formare un composito stratificato.
"La chimica del legame del rutenio con l'azoto in questi materiali nanostrutturati gioca un ruolo chiave nelle elevate prestazioni catalitiche, " Ha detto Chen. "Abbiamo anche dimostrato che la stabilità del catalizzatore è molto buona".
Le nuove scoperte sono state pubblicate in ChemSusChem , un giornale di punta che copre la chimica sostenibile e i materiali energetici, e il documento è presente sulla copertina del numero del 10 gennaio. Primo autore Yi Peng, uno studente laureato nel laboratorio di Chen, ha guidato lo studio e progettato l'immagine di copertina.
L'idrogeno è stato a lungo attraente come combustibile pulito e rinnovabile. Una cella a combustibile a idrogeno che alimenta un veicolo elettrico, Per esempio, emette solo vapore acqueo. Attualmente, però, la produzione di idrogeno dipende ancora fortemente dai combustibili fossili (utilizzando principalmente il vapore per estrarlo dal gas naturale). Trovare un basso costo, un modo efficiente per estrarre l'idrogeno dall'acqua attraverso l'elettrolisi sarebbe un importante passo avanti. Elettricità da fonti rinnovabili come solare ed eolica, che può essere intermittente e inaffidabile, potrebbe quindi essere facilmente immagazzinato e distribuito come combustibile a idrogeno.
Attualmente, i catalizzatori più efficienti per la reazione elettrochimica che genera idrogeno dall'acqua sono a base di platino, che è scarso e costoso. I materiali a base di carbonio hanno mostrato risultati promettenti, ma le loro prestazioni non si sono avvicinate a quelle dei catalizzatori a base di platino.
Nel nuovo materiale composito sviluppato dal laboratorio di Chen, gli ioni rutenio incorporati nei nanosheet di nitruro di carbonio modificano la distribuzione degli elettroni nella matrice, creando siti più attivi per il legame dei protoni per generare idrogeno. L'aggiunta di grafene alla struttura migliora ulteriormente la ridistribuzione degli elettroni.
"Il grafene forma una struttura a sandwich con i nanofogli di nitruro di carbonio e si traduce in un'ulteriore ridistribuzione degli elettroni. Questo ci dà maggiori efficienze di riduzione dei protoni, " disse Chen.
Le prestazioni elettrocatalitiche del composito erano paragonabili a quelle dei catalizzatori al platino commerciali, hanno riferito gli autori. Chen ha notato, però, che i ricercatori hanno ancora molta strada da fare per ottenere una produzione di idrogeno economica ed efficiente.
