I ricercatori che lavorano all'interno di NCCR MARVEL hanno scoperto un catalizzatore autorigenerante che può essere utilizzato per rilasciare idrogeno attraverso la deidrogenazione idrolitica dell'ammoniaca borano. Il catalizzatore, SION-X, si basa sull'abbondante minerale Jacquesdietrichite, è sostenibile, stabile all'aria e facilmente rigenerabile, immagazzinato e gestito. Queste caratteristiche significano che può offrire vantaggi significativi rispetto ai catalizzatori esistenti utilizzati nella produzione dell'idrogeno vettore di energia pulita e rinnovabile. La ricerca è stata pubblicata su Journal of Materials Chemistry A .

Idrogeno (H ₂ ) è un vettore di energia pulita e rinnovabile ed è considerato un candidato ideale per future applicazioni mobili e fisse. L'uso su larga scala richiede uno stoccaggio e un rilascio sicuri ed efficienti di H ₂ , però, e questa rimane una sfida nonostante le indagini su più sistemi di stoccaggio dell'idrogeno.

Negli ultimi anni, alcune ricerche si sono concentrate sui composti idruri a base di boro-azoto (B-N) perché sono in grado di immagazzinare e rilasciare quantità significative di H ₂ . Dei composti, il più semplice, ammoniaca borano (AB), è particolarmente promettente perché non soffre di autoidrolisi in acqua, ha un H . alto ₂ contenuto, basso peso molecolare, non è tossico e ha una stabilità particolarmente elevata sia nelle soluzioni acquose che nell'aria, ha un grande potenziale per le applicazioni a bordo nei trasporti.

L'idrolisi a temperatura ambiente si è dimostrata il metodo più benigno ed efficiente per rilasciare idrogeno da AB, prevenendo l'uso di temperature elevate o altri solventi tossici e costosi. Tuttavia, è spesso necessario un catalizzatore per guidare l'idrolisi di AB. E mentre esiste una gamma di catalizzatori in grado di rilasciare idrogeno in modo efficiente da AB, soffrono di una serie di svantaggi. Quelli a base di metalli nobili sono costosi, non sostenibile, e impraticabile per applicazioni su larga scala. I catalizzatori di metalli non nobili sono sensibili all'aria e possono essere facilmente ossidati e quindi richiedono una manipolazione e uno stoccaggio speciali, e può essere difficile da rigenerare. Sopra, l'attività catalitica è parzialmente diminuita o addirittura completamente disabilitata dopo pochi cicli di reazione, come, Per esempio, nel caso di metalli di transizione abbondanti in terra.

Questi inconvenienti hanno motivato i ricercatori, guidato dal Dr. Kyriakos C. Stylianou di EPFL e NCCR MARVEL, per cercare di trovare catalizzatori migliori. I candidati ideali dovrebbero basarsi su elementi abbondanti, stabile all'aria, e facilmente rigenerabile, immagazzinato e gestito. Di tutti questi punti di forza, i ricercatori hanno considerato la rigenerazione, o auto-guarigione - la capacità del catalizzatore di ripararsi spontaneamente durante le normali operazioni - per essere il più attraente. Infatti, è fondamentale per le applicazioni pratiche perché la stabilità del catalizzatore è direttamente collegata alla sua fattibilità economica.

Il loro romanzo, catalizzatore sostenibile autorigenerante, descritto nell'articolo Discovery of a Self-healing Catalyst for the Hydrolytic Dehydrogenation of Ammonia Borane, sembra andare bene il conto. Il catalizzatore, soprannominato SION-X, è la forma sintetica della Jacquesdietrichite (Cu ₂ [(BO)(OH) 2](OH) ₃ ), un minerale trovato per la prima volta nella miniera di Tachgagalt in Marocco nel 1999. Gli scienziati lo hanno ottenuto per la prima volta come polvere blu dopo aver esposto all'aria aperta il residuo della reazione tra una struttura metallo-organica a base di rame (MOF) e AB. Quando hanno usato SION-X nell'idrolisi di AB, hanno ottenuto più del 90% di conversione di H ₂ in circa 45 minuti. Durante il processo, si è trasformato in nanoparticelle di rame(0). Quando la miscela di reazione è stata poi esposta all'aria, la polvere blu di SION-X è stata autoguarita e riformata da nanoparticelle di rame(0). Sono stati in grado di eseguire 10 cicli di catalisi-rigenerazione con l'attività di SION-X rimasta invariata.

Questo processo di autoguarigione, in cui il catalizzatore ha ripristinato la sua integrità strutturale all'aria aperta senza applicare calore, pressione o polarizzazione elettrica, è estremamente importante per prolungare la durata del catalizzatore e rende SION-X un buon candidato per l'uso nella deidrogenazione idrolitica su larga scala di AB.

"La catalisi autorigenerante di SION-X in assenza di qualsiasi input di energia extra offre una nuova prospettiva nella catalisi eterogenea per applicazioni legate all'energia, " hanno detto i ricercatori.