Il processo di elettrolisi dell'acqua è un sistema che produce idrogeno elettrolizzando l'acqua. Si tratta di una tecnologia ecologica in grado di produrre combustibile a idrogeno, una futura fonte di energia, senza emettere inquinanti ambientali, ma i suoi limiti includono una bassa efficienza di produzione dell’idrogeno e alti costi di produzione. Un team di ricercatori dell'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang (POSTECH) ha pubblicato una ricerca in Advanced Materials che ha risolto entrambi i problemi contemporaneamente.
Un gruppo di ricerca collaborativo composto dal professor Jong Kyu Kim, Jaerim Kim, un dottorando, il professor Yong-Tae Kim e il dottor Sang-Mun Jung del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali del POSTECH è riuscito a sviluppare un metodo economico e efficiente catalizzatore per elettrolisi dell'acqua che supera i limiti dei catalizzatori convenzionali utilizzando un metodo di deposizione ad angolo obliquo e nichel (Ni).
I processi di elettrolisi dell’acqua impiegano metalli preziosi costosi come il platino come catalizzatori per la produzione di idrogeno, rendendo il processo eccessivamente costoso. Inoltre, l'uso di catalizzatori convenzionali a film sottile spesso provoca una separazione inadeguata delle bolle di idrogeno, portando a blocchi nei siti attivi del catalizzatore o ostacolando il movimento dei reagenti, diminuendo in definitiva l'efficienza del processo.
In risposta a queste sfide, il gruppo di ricerca ha optato per la deposizione ad angolo obliquo e il nichel. Questa tecnica prevede l'inclinazione del substrato durante la deposizione per creare facilmente diverse nanostrutture del materiale, offrendo una soluzione semplice ed economica. Inoltre, il nichel si distingue come un catalizzatore di metalli non preziosi abbondante sulla Terra, dimostrando un'efficienza relativamente elevata nella generazione di idrogeno.
Il team ha utilizzato un metodo di deposizione ad angolo obliquo per sintetizzare il nichel caratterizzato da sporgenze di nanotubi finemente lavorate e allineate verticalmente. In contrasto con le nanostrutture convenzionali che aumentano semplicemente l'area superficiale del catalizzatore, i ricercatori hanno progettato una serie di nanobarre di nichel altamente porose, che presentano proprietà superficiali supererofobiche uniche per risolvere i problemi di aderenza dell'idrogeno.
I risultati sperimentali hanno rivelato che le bolle di idrogeno generate durante il processo di elettrolisi mostravano una separazione accelerata delle bolle di idrogeno dalla superficie superaerofobica. Il catalizzatore di nanobarre di nichel tridimensionali supererofobi del team, con efficaci canali dei pori, ha dimostrato un notevole miglioramento di 55 volte nell'efficienza di produzione dell'idrogeno rispetto a una quantità equivalente di nichel in una tradizionale struttura a film sottile.
Il professor Jong Kyu Kim e il Ph. D. Jaerim Kim, a capo della ricerca, hanno spiegato:"Migliorando l'efficienza del processo di elettrolisi dell'acqua per la produzione di idrogeno verde, stiamo avanzando verso un'economia dell'idrogeno e una società a zero emissioni di carbonio. Questa svolta non avvantaggia solo l'elettrolisi dell'acqua, ma è anche promettente per varie altre applicazioni di energia rinnovabile in cui le reazioni superficiali svolgono un ruolo cruciale, come la riduzione dell'anidride carbonica e i sistemi di conversione dell'energia luminosa."
Ulteriori informazioni: Jaerim Kim et al, Reazione efficiente di evoluzione dell'idrogeno alcalino utilizzando nanoarray Ni superaerofobici con rilascio accelerato di bolle di H2, Materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/adma.202305844
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
