La ricerca di tecnologie di conversione dell'energia sostenibili e convenienti ha evidenziato l'importanza delle reazioni di riduzione ed evoluzione dell'ossigeno (ORR e OER). Questi processi sono cruciali per l’efficienza di dispositivi come celle a combustibile ed elettrolizzatori, ma tradizionalmente si affidano a costosi metalli nobili come catalizzatori. Questa dipendenza pone ostacoli significativi a un'adozione e a una scalabilità più ampie.
In una recensione pubblicata sulla rivista eScience , un gruppo di ricerca della Technische Universität Dresden ha esaminato gli importanti progressi nella creazione di elettrocatalizzatori efficaci ed economici senza l'uso di metalli nobili per l'elettrocatalisi dell'ossigeno negli elettroliti alcalini.
La revisione fornisce un'analisi approfondita dei catalizzatori privi di metalli nobili, concentrandosi su tre categorie principali:composti di metalli di transizione, catalizzatori a singolo atomo e opzioni completamente prive di metalli. I ricercatori hanno utilizzato diverse strategie innovative per migliorare l'efficacia di questi catalizzatori per l'elettrocatalisi dell'ossigeno, fondamentale per le tecnologie di conversione dell'energia.
Tecniche come il drogaggio eteroatomico, che introduce atomi diversi nella struttura del catalizzatore, la creazione di posti vacanti che altera le proprietà del materiale rimuovendo gli atomi e l'induzione di tensione per modificare le proprietà elettroniche, sono state fondamentali. Questi approcci miravano a migliorare le caratteristiche fisico-chimiche dei catalizzatori, aumentando significativamente le loro prestazioni nelle reazioni di riduzione ed evoluzione dell'ossigeno.
Questa ricerca sottolinea il potenziale dei materiali privi di metalli nobili nel sostituire i metalli nobili costosi e scarsi tradizionalmente utilizzati nei catalizzatori, evidenziando un percorso verso dispositivi di conversione dell'energia più convenienti e sostenibili.
Oltre a esplorare i miglioramenti nell'elettrocatalisi dell'ossigeno attraverso la regolazione della struttura elettronica di materiali non nobili, un recente studio pubblicato sulla stessa rivista da ricercatori dell'Università di Tecnologia di Sydney e del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Accademia cinese delle scienze ha compiuto progressi significativi nei materiali per la conversione e lo stoccaggio dell'energia.
Hanno introdotto un metodo per sintetizzare nanogabbie derivate da strutture metallo-organiche (MOF), che migliorano considerevolmente l'efficienza dell'ossidazione dell'acqua e della riformazione selettiva del glicole etilenico, segnando un notevole progresso nel campo della produzione di energia sostenibile.
Gli studi introducono materiali e tecniche innovativi per migliorare l’efficienza di processi come l’elettrolisi dell’acqua per la produzione di idrogeno, contribuendo all’evoluzione delle tecnologie di conversione e stoccaggio dell’energia. Questi sforzi sono in linea con l'obiettivo più ampio di sviluppare alternative economicamente vantaggiose, efficienti e rispettose dell'ambiente alle fonti energetiche convenzionali, sostenendo così la transizione globale verso le fonti energetiche rinnovabili.
Ulteriori informazioni: Xia Wang et al, Regolazione della struttura elettronica di materiali privi di metalli nobili verso l'elettrocatalisi dell'ossigeno alcalino, eScience (2023). DOI:10.1016/j.esci.2023.100141
Minghong Huang et al, Sintesi controllata di nanogabbie cave e di guscio d'uovo derivate da MOF per una migliore ossidazione dell'acqua e la riformazione selettiva del glicole etilenico, eScience (2023). DOI:10.1016/j.esci.2023.100118
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