Un gruppo di ricerca ha segnalato un nuovo metodo per migliorare l'area superficiale elettrochimica (ECSA) in una perovskite drogata con calcio, La0,6 Ca0,4 MnO3 (LCMO64), superando così un comune collo di bottiglia nell'applicazione degli ossidi di perovskite come elettrocatalizzatori nelle celle a combustibile a idrogeno.
I dettagli dei risultati sono stati riportati nella rivista Advanced Materials il 29 novembre 2023.
Gli ossidi di perovskite presentano proprietà interessanti e diverse, che li rendono preziosi in varie applicazioni tecnologiche. Le loro elevate attività intrinseche li posizionano anche come un'alternativa promettente ai catalizzatori di metalli nobili per catalizzare in modo efficiente la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR). Tuttavia, la loro applicazione è ancora ostacolata dalla loro scarsa conduttività elettrica e dalla bassa area superficiale specifica.
"Il nostro processo di lisciviazione del calcio indotto elettrochimicamente ha aumentato notevolmente l'ECSA in LCMO64", sottolinea Hao Li, professore associato presso l'Istituto avanzato per la ricerca sui materiali (WPI-AIMR) dell'Università di Tohoku e autore corrispondente dell'articolo. "L'LCMO64 attivato e carente di calcio ha dimostrato un ECSA superiore di circa il 33,84% rispetto a quello dei materiali non attivati, dimostrando prestazioni ORR elettrocatalitiche superiori, superando il catalizzatore Pt/C commerciale di riferimento in una soluzione alcalina."
Per testare i parametri di riferimento del materiale, Li e i suoi colleghi hanno condotto analisi teoriche insieme a sondaggi elettrochimici dello stato superficiale e modelli microcinetici dipendenti dal pH. I risultati suggeriscono che questo catalizzatore raggiunge l'ottimale di Sabatier dell'ORR alcalino.
Questa ricerca segna la prima volta che una strategia che coinvolge il doping di calcio (Ca) è stata impiegata per superare le sfide associate alla bassa conduttività e area superficiale negli ossidi di perovskite. Il fenomeno unico della lisciviazione del calcio osservato in condizioni ORR si traduce in una maggiore ruvidità superficiale, espandendo significativamente l'area superficiale disponibile per l'ORR e aumentando così le prestazioni del catalizzatore.
"Trovare elettrocatalizzatori efficaci ed economici per l'ORR nelle celle a combustibile a idrogeno è stata una sfida significativa", aggiunge Li. "Il nostro lavoro non solo affronta questa sfida, ma offre anche una nuova strategia per migliorare le prestazioni elettrocatalitiche degli ossidi di perovskite. Questa svolta ha implicazioni di vasta portata per l'adozione diffusa della tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno."
Ulteriori informazioni: Qun Li et al, Le perovskiti carenti di cationi migliorano notevolmente l'attività elettrocatalitica per la reazione di riduzione dell'ossigeno, Materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/adma.202309266
Fornito dall'Università di Tohoku
