La superficie degli elettrodi di platino cambia molto di più durante l'uso di quanto si pensasse in precedenza. In una collaborazione tra gli Istituti di Chimica e Fisica di Leiden, chimici Leon Jacobse, Yi-Fan Huang e Marc Capodistria, e il fisico Marcel Rost sono stati in grado di dimostrarlo per la prima volta. Pubblicazione in Materiali della natura .

Gli elettrodi di platino sono il cuore degli elettrolizzatori, che convertono l'elettricità in idrogeno, e di celle a combustibile, che convertono l'idrogeno in elettricità; si tratta di dispositivi che giocheranno un ruolo chiave nella fornitura di energia sostenibile, in applicazioni come le auto a idrogeno. C'è un problema, però, vale a dire che le prestazioni degli elettrodi di platino diminuiscono con l'uso, il che significa che gli elettrodi devono essere sostituiti periodicamente. Questo è un affare costoso, quindi i produttori stanno cercando di sviluppare elettrodi migliori. Però, mancano delle conoscenze fondamentali per poter ideare alternative efficaci.

I ricercatori hanno ora svelato parte del processo di irruvidimento degli elettrodi di platino a tensioni variabili, anche se sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno questo processo. Questa intuizione aiuterà i produttori a sviluppare elettrodi che hanno una vita lavorativa più lunga.

Gli esperimenti si sono basati su un elettrodo modello in platino:una singola superficie cristallina di platino delle dimensioni di un centesimo di euro che ha una struttura atomica molto regolare. Aumentando prima il potenziale elettrico dell'elettrodo e poi diminuendolo, il platino si ossida e si riduce successivamente, per cui gli ossidi si formano sulla superficie, e successivamente ridurre. Questo è in una certa misura paragonabile a ciò che accade quando si accende e si spegne una cella a combustibile o un elettrolizzatore.

Un aspetto nuovo di questa ricerca è che durante ogni esperimento non è stata misurata solo la corrente, ma anche il cambiamento della superficie del platino a livello atomico è stato osservato contemporaneamente, utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel autocostruito. Misurare e osservare sono generalmente due attività separate che si svolgono in fasi diverse, ma combinarli offre ai ricercatori un'opportunità unica di comprendere il processo passo dopo passo.

I ricercatori hanno osservato negli esperimenti che, dopo otto cicli di aumento e diminuzione della tensione, numerose minuscole isole bidimensionali di platino si sono formate sopra il platino originale più o meno piatto. Dopo una trentina di cicli le isole si sono espanse tanto da coprire quasi tutta la superficie originaria. Dopo di che aumentano ulteriormente ad ogni ciclo, soprattutto in altezza, fino a 170 cicli.

Ad oggi, sia i ricercatori che i produttori di elettrodi hanno preparato un elettrodo di platino pulito applicando circa 20 cicli. Anche se c'è chi pensa ancora che gli elettrodi rimangano lisci, ci sono sempre state indicazioni che deve aver luogo una sorta di irruvidimento. La ricerca di Leiden fornisce molte informazioni su quanto sia effettivamente ruvida la superficie e su come si sviluppa, e dimostra anche che questo processo di irruvidimento continua.

Un'altra scoperta sorprendente è che la reattività dell'elettrodo inizialmente aumenta più rapidamente della crescita delle isole, e che dopo questo la ruvidità aumenta ulteriormente, ma la reattività rimane costante, fino a, come previsto, dopo circa 20 cicli si uniformano. I ricercatori di Leida sperano che la ricerca di follow-up li aiuterà a spiegarlo. Vogliono anche studiare cosa succede con la struttura dell'elettrodo di platino mentre si svolge contemporaneamente una reazione elettrochimica continua, paragonabile alla situazione pratica di una cella a combustibile o di un elettrolizzatore.