Un gruppo di ricercatori ha studiato se il data mining potrebbe accelerare l'identificazione di elettrocatalizzatori a ossido di metallo a basso costo, accelerando la transizione del mondo dai combustibili fossili.
I dettagli della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Science il 7 dicembre 2023.
La dipendenza del mondo dai combustibili fossili ha spinto gli scienziati a esplorare le fonti di energia rinnovabile. Le tecnologie di conversione elettrochimica, come l’alimentazione delle celle a combustibile, l’elettrolisi dell’acqua e le batterie metallo-aria, offrono strategie promettenti per la transizione verso un futuro energetico sostenibile. Tuttavia, la dipendenza dai metalli preziosi in molte reazioni elettrocatalitiche pone sfide economiche e ambientali.
Gli ossidi metallici hanno il potenziale per cambiare questa situazione grazie alla loro stabilità e al costo inferiore rispetto ai metalli preziosi, in particolare in condizioni elettrocatalitiche alcaline. Tuttavia, la ricerca di questi ossidi metallici richiede molte risorse e gli scienziati si affidano al processo di tentativi ed errori.
"Con il data mining come soluzione praticabile a questo problema, abbiamo deciso di sondare le opportunità e le sfide legate all'adozione di questa strategia per trovare ossidi metallici", afferma Hao Li, professore associato presso l'Istituto avanzato per la ricerca sui materiali dell'Università di Tohoku (WPI-AIMR) e autore corrispondente dell'articolo.
Per fare ciò, Li, insieme ai suoi colleghi, ha sfruttato gli estesi dati disponibili nel database del Materials Project, identificando 68 promettenti elettrocatalizzatori di ossidi metallici stabili in condizioni specifiche.
Hanno notato che il database promuoveva Sb2 WO6 come un ossido metallico stabile in acido. Ciò si basa sul diagramma di stabilità acquosa, una rappresentazione grafica che illustra la stabilità termodinamica di diverse specie chimiche in una soluzione acquosa in funzione del pH e del potenziale elettrico. Secondo il diagramma, Sb2 WO6 è stabile nella reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) in mezzi acidi ma piuttosto instabile in condizioni di ORR a pH elevato. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che ciò contraddiceva le successive osservazioni sperimentali in condizioni di ORR alcaline.
Ulteriori caratterizzazioni post-catalisi, analisi elettrochimiche dello stato superficiale e modelli microcinetici accoppiati al campo pH hanno rivelato che Sb2 WO6 la superficie subisce passivazione elettrochimica sotto potenziali ORR e forma una superficie stabile e attiva 4e-ORR.
Nel complesso, i risultati dello studio indicano che, sebbene il data mining sia promettente, è necessario un ulteriore perfezionamento per un'adozione diffusa. "È necessario sviluppare una strategia raffinata che tenga conto della stabilità e dell'attività superficiale indotte dall'elettrochimica", ha sottolineato Li.
In futuro, i ricercatori sperano di esplorare altri elettrocatalizzatori per la reazione di evoluzione dell'ossigeno e la reazione di evoluzione dell'idrogeno combinando data mining, analisi dello stato superficiale e analisi dell'attività.
Ulteriori informazioni: Xue Jia et al, Identificazione di elettrocatalizzatori stabili inizializzati mediante data mining:Sb2WO6 per la riduzione dell'ossigeno, Scienza avanzata (2023). DOI:10.1002/advs.202305630
Informazioni sul giornale: Scienza avanzata
Fornito dall'Università di Tohoku
