Uno studio recente, affiliato all'UNIST ha presentato catalizzatori nobili per l'elettrolisi dell'acqua, in grado di generare contemporaneamente idrogeno e ossigeno. Secondo il gruppo di ricerca, tra i catalizzatori finora segnalati, questi sono i più stabili, facile da fare, conveniente e con prestazioni eccellenti.

In questo studio, Professor Hyeong-seong Park, insieme al professor Gun Tae Kim, e il professor Sang-kyu Kwak della Scuola di ingegneria energetica e chimica dell'UNIST hanno introdotto un'eterostruttura comprendente ossidi di perovskite (La _0,5 Sr _0,5 CoO _3–δ , LSC) e diseleniuro di molibdeno (MoSe ₂ ) come catalizzatore elettrochimico per l'elettrolisi globale dell'acqua. I nuovi catalizzatori sono semplici da sintetizzare e possono essere prodotti in serie, secondo il gruppo di ricerca.

Le tecnologie di elettrolisi dell'acqua sono considerate il modo più ecologico ed efficiente per la generazione sostenibile di idrogeno. Si tratta di una tecnologia consolidata che è stata utilizzata per la decomposizione dell'acqua in ossigeno e idrogeno a causa del passaggio di una corrente elettrica. A quest'ora, è necessario un catalizzatore per assistere la reazione di decomposizione dell'acqua. Precedenti studi hanno riportato che i catalizzatori a base di metalli nobili, come il platino (Pt) o l'iridio (Ir) mostrano eccellenti prestazioni catalitiche. Però, la commercializzazione di catalizzatori a base di metalli nobili è difficile a causa dell'alto costo e della bassa stabilità.

In questo studio, il gruppo di ricerca riporta un metodo semplice (tecnica di fresatura a sfera) per la sintesi di un catalizzatore eterostruttura dove ossidi di perovskite (LSC) e diseleniuro di molibdeno (MoSe ₂ ) sono posti in un contenitore, poi laminati con metalli d'acciaio. Il nuovo catalizzatore mostra prestazioni vicine a quelle dei catalizzatori a base di metalli nobili sia per la generazione di idrogeno che di ossigeno. Ciò che lo distingue dagli altri catalizzatori a base di metalli nobili è che il nuovo catalizzatore mostra eccellenti prestazioni catalitiche su entrambi i lati.

In particolare, il catalizzatore proposto ha mostrato un'eccellente stabilità complessiva dell'elettrolisi dell'acqua su 1000 h ad un'elevata densità di corrente di 100 mA cm ^–2 . I catalizzatori precedentemente riportati soffrono di danni agli elettrodi, anche alla densità di corrente di 50 mA.

"Si dice che i dichalocogenidi dei metalli di transizione (TMD) mostrino un'eccellente stabilità, quindi c'erano stati alcuni studi, utilizzando TMD come catalizzatori per l'elettrolisi dell'acqua. Però, è stato difficile cambiare le proprietà microconduttive dei TMD nelle proprietà dei metalli in cui la corrente elettrica può fluire liberamente, " dice Nam Khen Oh nel programma di dottorato in Energia e Ingegneria Chimica presso l'UNIST, il primo autore dello studio. "In questo studio, alcuni dei TMD sono stati convertiti in proprietà metalliche durante la sintesi dei due materiali, che ha notevolmente migliorato le prestazioni e la stabilità del catalizzatore."

L'unico ione di transizione di fase strutturale semiconduttore-metallo nell'eterostruttura di LSC e MoSe ₂ è stato scoperto per la prima volta in questo lavoro, così sono stati identificati sperimentalmente e teoricamente. Quando gli elettroni si spostano da LSC a MoSe ₂ , alcune strutture di TMD cambiano, quindi la proprietà del semiconduttore viene modificata nella proprietà del metallo.

"Il fenomeno della transizione di fase che appare parzialmente quando gli elettroni si muovono tra il calcogenuro del metallo di transizione e l'ossido di perovskite presenterà una nuova prospettiva sulla transizione di fase del calcogenuro del metallo di transizione, " afferma il professor Park. "Ci aspettiamo che il progetto del catalizzatore proposto possa essere combinato con vari composti, in modo che il potenziale sia illimitato."

I loro risultati forniranno una nuova visione della ricerca sul catalizzatore della soluzione elettrolitica, che si è concentrato sui catalizzatori a base di metalli. "Recentemente, la maggior parte delle tecniche idrotermali alcaline sono focalizzate sullo sviluppo di catalizzatori di reazione per la produzione di idrogeno a base di metalli, " dice Changmin Kim nel Combined M.S/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering presso l'UNIST, il primo coautore di questo studio. "Come catalizzatore per la reazione di generazione di ossigeno, che ha catturato la spina dorsale della reazione di decomposizione dell'acqua, è uscito con un nuovo catalizzatore che mostra alte prestazioni, la tecnologia correlata si svilupperà ulteriormente."

"La commercializzazione dei catalizzatori di idrotrattamento richiede una sintesi semplice, massa, riproducibilità, basso costo, alte prestazioni, e alta stabilità, " afferma il professor Kim. "Ci si aspetta che i nostri nuovi catalizzatori soddisfino tali requisiti".