Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. YANG Minghui presso il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha scoperto che i catalizzatori al nitruro di zirconio (ZrN) potrebbero essere un'alternativa superiore ai costosi catalizzatori al platino (Pt). per la riduzione dell'ossigeno. Lo studio è stato pubblicato su Materiali della natura .

La maggior parte dei dispositivi di energia elettrochimica, come celle a combustibile e batterie metallo-aria, bisogno di catalizzatori per aumentare la potenza a tassi accettabili. La reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) è una delle reazioni fondamentali coinvolte nei dispositivi di energia elettrochimica, che ha fortemente influenzato l'erogazione di potenza dai dispositivi.

Il Pt è attualmente il catalizzatore ORR più utilizzato e commerciale. Però, è un metallo scarsamente disponibile (37 ppb nella crosta terrestre) dal costo elevato (28,3 dollari USA g-1 come prezzo medio 2018), che limita le applicazioni su larga scala dei dispositivi di energia elettrochimica.

Per affrontare questo problema, il gruppo di ricerca ha utilizzato un percorso urea-vetro a temperature moderate per preparare nanoparticelle di ZrN (NP), che potrebbe sostituire e persino superare il costoso Pt come catalizzatore per la riduzione dell'ossigeno in condizioni alcaline.

Le NP ZrN sintetizzate hanno mostrato un'elevata prestazione di riduzione dell'ossigeno con la stessa attività di quella del tradizionale catalizzatore commerciale Pt-on-carbon (Pt/C). Per di più, in soluzioni 0,1 M KOH, entrambi i materiali hanno mostrato lo stesso potenziale di semionda (E1/2 =0,80 V) e ZrN ha mostrato una stabilità maggiore (ΔE1/2 =-3 mV) rispetto al catalizzatore Pt/C (ΔE1/2 =-39 mV) dopo 1, 000 cicli ORR. Oltretutto, ZrN ha fornito una maggiore densità di potenza e ciclabilità rispetto a Pt/C in una batteria zinco-aria.

Sembra che ZrN sia un co-catalizzatore eccezionale perché unisce ottime caratteristiche di basso costo, elevata attività e stabilità superiore, beneficiando nel promuovere le applicazioni su larga scala della conversione dell'energia elettrochimica.

Inoltre, questo lavoro può far luce su ulteriori indagini su catalizzatori nitruri economici ed efficienti, e spianare la strada all'uso estensivo di energia pulita.