Uno studio recente, affiliato con l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) della Corea del Sud ha svelato una nuova tecnica che offre una resa di produzione di idrogeno migliorata di cinque volte tramite la deposizione di idrogel supererofobici altamente porosi su una superficie dell'elettrodo desiderata.

Le gocce d'acqua che cadono sulle foglie di loto rimbalzano facilmente invece di essere parzialmente bloccate sulla superficie. Ciò è dovuto alla distribuzione irregolare delle microprotuberanze sulle foglie, che ha la proprietà di respingere l'acqua. Prendendo spunto dalle foglie di loto, è stata sviluppata una tecnica che migliora significativamente l'efficienza della produzione di idrogeno attraverso il miglioramento delle superfici degli elettrodi.

Un gruppo di ricerca, guidato congiuntamente dal professor Jungki Ryu e dal professor Dongwoog Lee presso la School of Energy and Chemical Engineering, ha svelato una nuova tecnica che offre una resa di produzione di idrogeno migliorata di cinque volte tramite la deposizione di idrogel supererofobici altamente porosi su una superficie di elettrodo desiderata. Ciò ha attirato molta attenzione poiché aumenta significativamente l'efficienza della produzione di idrogeno senza la necessità di sviluppare nuovi catalizzatori.

Quando una bevanda gassata viene versata in un bicchiere, il CO ₂ il gas disciolto nella bevanda forma minuscole bollicine che aderiscono alla superficie interna del bicchiere. Sebbene queste bolle non contino quando si bevono bevande, possono influenzare negativamente molti sistemi elettrochimici. Infatti, nelle celle elettrolitiche, le bolle formate sulla superficie degli elettrodi riducono l'efficienza della reazione, che porta a perdite di energia. Perciò, è importante rimuovere le bolle che aderiscono alla superficie dell'elettrodo.

Per affrontare questi problemi, il team di ricerca ha riportato una semplice strategia per la realizzazione di elettrodi supererofobici tramite la deposizione di idrogel su una superficie elettrodica desiderata. L'idrogel è una classe versatile di polimeri reticolati che ha la capacità di assorbire e trattenere una grande quantità di acqua e soluzioni acquose. Oltretutto, depositare idrogel come rivestimenti su superfici solide può servire come un'efficace rimozione delle bolle di gas.

Nello studio, il team di ricerca ha misurato le prestazioni degli elettrodi delle reazioni di evoluzione del gas (ad es. HER) basato sulla deposizione di idrogel supererofobi su una superficie bersaglio. Utilizzando idrogel virali M13 come sistema modello, hanno scoperto che la struttura porosa 3-D dell'idrogel virale può conferire supererofobicità al substrato sottostante, eliminando così facilmente le bolle di gas. Inoltre, Le prestazioni di HER sono state sostanzialmente migliorate come risultato della separazione dei siti cataliticamente attivi e supererofobici.

"Poiché i polimeri non possono fungere da catalizzatori che accelerano la reazione chimica e poiché non conducono elettricità, ci si aspettava che riducessero l'efficienza dell'elettrolisi dell'acqua, " dice il professor Ryu. "Per questo motivo, non è mai stato utilizzato per gli elettrodi, ma siamo stati in grado di risolvere le carenze del metodo di elettrolisi tramite la deposizione di idrogel su una superficie dell'elettrodo desiderata".

Il loro lavoro ha attirato l'attenzione di molti ricercatori, come una nuova tecnologia per conferire proprietà repellenti alle bolle (la cosiddetta supererofobia) attraverso la deposizione di idrogel superaerofobici su una superficie solida. Sebbene i ricercatori abbiano tentato di conferire superaerofobicità agli elettrodi controllando le microstrutture delle superfici solide, gli approcci convenzionali hanno dei limiti, poiché sono materiali specifici, difficile da scalare, possibilmente dannoso per l'attività catalitica e la stabilità degli elettrodi, e incompatibile con le applicazioni fotoelettrochimiche. Il nuovo metodo può essere applicato a qualsiasi materiale solido, e quindi avere una vasta gamma di applicazioni, poiché richiede solo la deposizione di idrogel su una superficie dell'elettrodo desiderata. Inoltre, il loro approccio potrebbe essere applicato con successo anche ai fotoelettrodi grazie alla trasparenza dell'idrogel; al contrario, approcci convenzionali, che si basano sulla nano e microfabbricazione di elettrodi, hanno una trasparenza inferiore.

"Questo è il primo studio a realizzare proprietà repellenti alle bolle (la cosiddetta supererofobicità) sulla superficie di vari solidi tramite la deposizione di idrogel su una superficie dell'elettrodo desiderata, " afferma il professor Lee. "Questo studio può fornire informazioni su un metodo semplice per la progettazione e la fabbricazione di dispositivi efficienti di conversione dell'energia e del solare in gas".