Un rivestimento poroso a base di cerio aumenta la durata dei catalizzatori che formano ossigeno mantenendo la loro intrinseca attività di scissione dell'acqua.

L'efficienza della separazione dell'idrogeno e dell'ossigeno dall'acqua potrebbe essere potenziata utilizzando elettrocatalizzatori economici che combinano prestazioni elevate e robustezza. I ricercatori di KAUST hanno sviluppato un rivestimento che protegge i catalizzatori che scindono l'acqua dedicati alla cosiddetta evoluzione dell'ossigeno senza ridurre la loro attività elettrochimica.

L'idrogeno trasporta una notevole energia. I vasti sforzi per isolare dall'acqua questa promettente fonte di carburante pulito hanno portato ad approcci elettrochimici, come l'elettrolisi dell'acqua e la scissione dell'acqua guidata dalla luce. Questi metodi si basano tipicamente sulla formazione di idrogeno al catodo e sull'evoluzione di ossigeno all'anodo. Però, a differenza della sua controparte a idrogeno, l'evoluzione dell'ossigeno è solitamente lenta e richiede un potenziale eccessivo significativo, il che significa che l'anodo consuma più energia di quanto stimato termodinamicamente. Ciò ostacola la produzione complessiva di idrogeno.

catalizzatori di nichel-ossido di ferro, come NiFeOx, si sono dimostrati altamente attivi per la reazione anodica ma sono instabili in condizioni ossidative dure. L'esposizione a una tensione eccessiva o a soluzioni alcaline fa sì che questi catalizzatori perdano specie contenenti ferro, che si dissolvono dai siti attivi e si disattivano gradualmente.

Per affrontare questo problema, dottorato di ricerca lo studente Keisuke Obata e il professore di scienze chimiche Kazuhiro Takanabe hanno sviluppato un rivestimento protettivo per un anodo NiFeOx. Il sottile strato di ossido di cerio (CeOx) era costituito da minuscole particelle aggregate in una struttura porosa che permetteva solo alle molecole di ossigeno generate di fuoriuscire.

Secondo Takanabe, il suo gruppo di ricerca generalmente introduce caratteristiche funzionali su scala nanometrica sulle superfici degli elettrodi di scissione dell'acqua per migliorare le prestazioni. "Il nostro gruppo ha trovato molti rivestimenti nanostrutturati per il catodo ad evoluzione dell'idrogeno, ma nessuno che possa coprire stabilmente la superficie dell'anodo di evoluzione dell'ossigeno, " lui dice.

Basandosi sulla loro esperienza sui rivestimenti catodici, i ricercatori hanno ideato un nuovo rivestimento per il catalizzatore dell'evoluzione dell'ossigeno:deposizione anodica di ioni Ce3+, che sono stati ossidati e precipitati come strato di CeOx sotto tensione applicata. "Non ci aspettavamo che le specie di cerio migliorassero la stabilità dei catalizzatori nichel-ossido di ferro all'inizio del progetto, "dice Obata, notando che mentre la stabilità è un fattore importante per la reattività della catalisi è fondamentale.

Lo strato di CeOx ha mantenuto la reattività intrinseca dell'elettrocatalizzatore sottostante e, di conseguenza, ha aggiunto solo permeabilità selettiva e durata all'elettrodo. Un fenomeno simile si è verificato per un elettrocatalizzatore anodico di cobalto rivestito di CeOx, il che significa che questa deposizione funzionerà su vari catalizzatori di evoluzione dell'ossigeno.

Il team di Takanabe sta attualmente studiando diversi materiali per perfezionare le proprietà del loro rivestimento. "Stiamo testando i nostri materiali in condizioni rilevanti per il settore, " Aggiunge.