In un passo significativo verso la produzione di idrogeno su larga scala, i ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) hanno sviluppato un catalizzatore a basso costo che può accelerare la scissione dell'acqua per produrre gas idrogeno.

La scissione dell'acqua utilizzando l'elettricità è un metodo ampiamente esplorato per generare gas idrogeno, una fonte di energia pulita a lungo ricercata per le celle a combustibile, batterie e veicoli a zero emissioni. Una delle due principali reazioni coinvolte in questo processo, chiamata reazione di evoluzione dell'ossigeno, è notoriamente lenta, limitando l'efficienza complessiva. I ricercatori si sono concentrati sullo sviluppo di catalizzatori migliori, materiali che possono accelerare la reazione pur rimanendo neutrali. I catalizzatori più efficienti oggi sono costituiti da metalli preziosi come rutenio e platino, che sono sia costosi che rari.

Un team dell'IISc ha ora sviluppato un catalizzatore a basso costo combinando l'ossido di cobalto con i sali di fosfato di sodio. Il costo del materiale è oltre duecento volte meno costoso dell'attuale catalizzatore al biossido di rutenio, e la velocità di reazione è anche più veloce, dice Ritambhara Gond, Studente di dottorato presso il Centro di ricerca sui materiali (MRC), IISc, chi è il primo autore dell'articolo pubblicato in Angewandte Chemie .

"Questo materiale può essere molto utile per applicazioni su larga scala in molti dispositivi come batterie metallo-aria, celle a combustibile, eccetera., " lei dice.

Lo studio è stato condotto da Prabeer Barpanda, Professore assistente presso MRC, IISc, e realizzato in collaborazione con ricercatori del Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research (JNCASR).

Quando l'acqua viene scissa usando l'elettricità in presenza di un catalizzatore, gli atomi di idrogeno ricevono elettroni da un elettrodo per formare gas idrogeno, mentre all'elettrodo opposto, viene rilasciato ossigeno gassoso (Oxygen Evolution Reaction). I ricercatori si sono in gran parte concentrati sull'accelerazione di quest'ultima reazione. I catalizzatori realizzati con metalli di platino o rutenio sono i più efficienti in questo, poiché sprecano la minima energia, e le velocità di reazione sono più alte. Il loro costo e la loro scarsità, però, ostacola la loro applicazione su larga scala.

Per sviluppare alternative a basso costo, il team dell'IISc si è rivolto a sali chiamati metafosfati, che sono stati precedentemente testati per applicazioni di accumulo di energia ma non per la catalisi. I ricercatori hanno arrostito metafosfato di sodio e ossido di cobalto in presenza di gas argon in una fornace priva di ossigeno. Questo ha creato un "foglio" di carbonio parzialmente bruciato su cui sono stati sparsi cristalli di ossido di cobalto incorniciati da metafosfato di sodio.

"I metafosfati formano una struttura solida e mantengono intatti questi ossidi di cobalto, mostrando elevata stabilità dopo l'attività catalitica, " dice Gond. Ciò consentirebbe al catalizzatore di mantenere la sua attività su più cicli, portando a una durabilità a lungo termine. La presenza del letto di carbonio ha anche potenziato la conduttività del catalizzatore, e quindi la sua efficienza, lei dice.

Rispetto ad altri catalizzatori, i ricercatori hanno scoperto che la densità di corrente, una misura della velocità con cui può avvenire la reazione, era più alta per il loro catalizzatore persino del biossido di rutenio, indicando un'attività catalitica superiore.

"Ora stiamo pianificando di testare questo catalizzatore in batterie metallo-aria e dispositivi per la scissione dell'acqua, "dice Gond.