Utilizzando l'energia dei moduli solari e delle turbine eoliche, l'acqua può essere scissa per elettrolisi nei suoi costituenti idrogeno e ossigeno senza produrre emissioni pericolose. Poiché la disponibilità di energia da fonti rinnovabili varia quando si produce verde, cioè CO ₂ -neutro, idrogeno, è molto importante conoscere il comportamento dei catalizzatori in condizioni di carico e dinamiche elevate.

"Alle alte correnti, si può osservare una forte evoluzione di bolle di ossigeno sull'anodo, che aggrava la misurazione. Finora ha reso impossibile ottenere un segnale di misurazione affidabile, "dice il primo autore dello studio, Dr. Steffen Czioska dell'Istituto KIT per la tecnologia chimica e la chimica dei polimeri (ITCP). Combinando varie tecniche, i ricercatori sono ora riusciti a studiare in modo fondamentale la superficie del catalizzatore di ossido di iridio in condizioni operative dinamiche. "Per la prima volta, abbiamo studiato il comportamento del catalizzatore a livello atomico nonostante la forte evoluzione delle bolle, " Dice Czioska. L'American Chemical Society (ACS) considera alta l'importanza della pubblicazione di KIT per la comunità internazionale e la raccomanda come ACS Editor's Choice.

Spettroscopia di assorbimento dei raggi X con luce di sincrotrone

Per la catalisi, ricercatori dell'ITCP di KIT, l'Istituto di ricerca e tecnologia della catalisi, e il gruppo di tecnologie elettrochimiche dell'Istituto per i materiali applicati ha combinato la spettroscopia di assorbimento dei raggi X per l'indagine altamente precisa delle modifiche a livello atomico con altri metodi di analisi.

"Abbiamo osservato processi regolari sulla superficie del catalizzatore durante la reazione, perché tutte le irregolarità sono state filtrate, simili a riprese a bassa velocità su una strada di notte, e abbiamo anche perseguito processi dinamici, " dice Czioska. "Il nostro studio rivela modifiche strutturali altamente inaspettate legate a una stabilizzazione del catalizzatore ad alte tensioni sotto carico dinamico, " aggiunge il chimico. La dissoluzione dell'ossido di iridio è ridotta, il materiale rimane stabile.

I risultati contribuiranno a catalizzatori migliori e più efficienti

La comprensione dei processi sulla superficie del catalizzatore apre la strada a ulteriori indagini sui catalizzatori ad alto potenziale elettrico e contribuirà allo sviluppo di catalizzatori migliori e più efficienti che soddisfino le esigenze della transizione energetica, sottolinea Czioska. Lo studio fa parte del programma prioritario "Dynakat" finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca. Questa collaborazione di oltre 30 gruppi di ricerca provenienti da tutta la Germania è coordinata dal professor Jan-Dierk Grunwaldt dell'ITCP.

L'idrogeno verde è considerato un materiale di stoccaggio dell'energia chimica compatibile con l'ambiente e, quindi, un elemento importante nella decarbonizzazione di, ad es. industrie siderurgiche e chimiche. Secondo la Strategia nazionale per l'idrogeno adottata dal governo federale nel 2020, affidabile, conveniente, e la produzione sostenibile di idrogeno sarà la base per il suo utilizzo futuro.