Presto potrebbe essere disponibile un'alternativa semplice e a basso costo ai costosi catalizzatori a base di platino che generano idrogeno dall'acqua, grazie ai ricercatori A*STAR.

Un team dell'Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali di A*STAR ha sviluppato un approccio in un'unica fase per sintetizzare i fosfuri di cobalto che mostrano una buona attività elettrochimica nella reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER). "A differenza dei costosi e scarsi catalizzatori a base di platino, questi catalizzatori di cobalto funzionalizzati con fosforo sono particolarmente promettenti a causa della loro stabilità a lungo termine e idoneità all'implementazione industriale su larga scala, " spiega Yun Zong, che ha guidato la squadra con Zhaolin Liu.

L'idrogeno è un'energia denso, fonte di combustibile pulita e rinnovabile che svolge un ruolo chiave in molti processi industriali, come la produzione di ammoniaca, nonché la lavorazione e la raffinazione dei combustibili fossili. Ancora, è prodotto prevalentemente attraverso il steam reforming del gas naturale, un'estrazione ad alta temperatura da idrocarburi che emette anidride carbonica in grandi quantità.

Elettrolisi dell'acqua e scissione dell'acqua guidata dalla luce, che isolano l'idrogeno dall'acqua, sono emerse come interessanti alternative rispettose dell'ambiente a questo processo. Questi approcci elettrochimici dipendono dalla lenta formazione di ossigeno all'anodo concomitante con la reazione di evoluzione dell'idrogeno al catodo. Però, mentre l'evoluzione dell'idrogeno si è dimostrata più facile in condizioni acide, gli elettrocatalizzatori sviluppati per accelerare la reazione anodica hanno mostrato una maggiore attività in mezzi alcalini. In risposta a ciò, il team ha ideato fosfuri di cobalto nanostrutturati in grado di facilitare la reazione di evoluzione dell'idrogeno indipendentemente dal pH del mezzo acquoso.

I ricercatori hanno inventato una sintesi facile e scalabile che produce catalizzatori in un unico passaggio. In questa sintesi a un passo, un composto contenente fosforo reagisce direttamente con i sali di cobalto disponibili in commercio quando riscaldato a 330 gradi Celsius. Questa insolita "fosfurazione" gas-solido produce una miscela di composti contenenti cobalto, compresi fosfuri mono e bimetallici, ossidi, e tracciare il metallo con una piccola quantità di fosfina gassosa.

"Ci si aspetta che ciascuna di queste specie di cobalto trarrà beneficio dall'attività complessiva di HER, "dice Zong, notando che la maggior parte delle reazioni di fosfurazione gas-solido danno il derivato monometallico solo in basse rese. Aggiunge che le sintesi convenzionali richiedono più passaggi che comportano la produzione di un precursore del cobalto e la successiva formazione di fosfuro.

Oltre a integrare i loro catalizzatori a base di cobalto in un sistema di scissione dell'acqua, il team sta attualmente lavorando allo screening di altri sali di metalli di transizione e all'ottimizzazione delle procedure di sintesi. "Questi protocolli possono essere estesi alla fosfurazione in un solo passaggio di altri sali di metalli di transizione, "dice Zong, l'aggiunta di tali informazioni sulla fosfurazione diretta dei sali di cobalto fornisce un prezioso contributo per la futura sintesi su larga scala dei fosfuri dei metalli di transizione.