Con la crescita della domanda per una generazione di energia più sostenibile ed efficiente, le tecnologie di conversione elettrochimica dell’energia che si basano sull’elettrocatalisi si distinguono come alternative promettenti. La ricerca sul miglior tipo di elettrocatalizzatori è in corso.
Gli elettrocatalizzatori bidimensionali in leghe a base di metalli nobili sono economici e accessibili ma presentano svantaggi significativi, tra cui la debole interazione tra gli atomi nella lega che porta a instabilità e attività ridotta.
Tuttavia, l’aggiunta di composti intermetallici (IMC) alla lega migliora l’interazione tra i diversi elementi e presenta ulteriori vantaggi. Ricerca pubblicata su Energy Materials and Devices esamina la ricerca attuale sullo sviluppo di IMC 2D a base di metalli nobili e i loro vantaggi.
"Fino ad ora mancava una revisione completa della sintesi degli IMC 2D a base di metalli nobili e delle loro potenziali applicazioni nell'elettrocatalisi. Questa revisione colma questa lacuna fornendo una panoramica completa dei metodi di sintesi per gli IMC 2D a base di metalli nobili, compreso il Metodi di modulazione degli ioni di alogenuri e CO-assistiti. La revisione affronta anche le sfide attuali nella sintesi e nell'applicazione elettrocatalitica di IMC 2D a base di metalli nobili", ha affermato Fukai Feng, professore presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Pechino, Cina. /P>
Nel documento, i ricercatori esaminano innanzitutto i diversi processi per la sintesi di IMC 2D a base di metalli nobili, che includono i metodi di modulazione degli ioni alogenuri e assistiti da CO. Quindi riassumono le loro applicazioni nell'elettrocatalisi.
Esistono alcune proprietà benefiche degli elettrocatalizzatori che possono essere ottenute durante il processo di sintesi, inclusa la riduzione della simmetria. Ciò è desiderabile perché la riduzione della simmetria di un catalizzatore migliora l'attività elettrocatalitica.
I metodi di sintesi analizzati in questo articolo includono il metodo assistito da CO e un metodo di modulazione degli ioni alogenuri. Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi, a seconda del tipo di IMC 2D a base di metalli nobili desiderato.
Dopo aver analizzato i metodi di sintesi, i ricercatori hanno esaminato le diverse applicazioni nel mondo reale degli IMC 2D a base di metalli nobili nell'elettrocatalisi.
"Le proprietà uniche degli IMC 2D a base di metalli nobili, tra cui l'anisotropia (non uniformità), numerosi siti attivi, la coordinazione insatura degli atomi sulla superficie e l'efficienza di trasferimento degli elettroni, contribuiscono alle loro eccellenti proprietà catalitiche", ha affermato Feng.
Un esempio di applicazione reale di un IMC 2D a base di metalli nobili è in una cella a combustibile a etanolo diretto. Questa fonte di energia pulita è interessante perché è rinnovabile, facile da immagazzinare e trasportare e ha un’elevata densità energetica. I catalizzatori utilizzati nelle celle a combustibile a etanolo diretto tendono ad assorbire una maggiore quantità di sottoprodotti intermedi tossici. Tuttavia, gli IMC 2D a base di metalli nobili inibiscono questo assorbimento.
I ricercatori hanno notato che c'erano aree in cui sono stati condotti meno studi, come sull'uso di IMC 2D a base di metalli nobili per il processo elettrochimico che si verifica al catodo durante la scissione elettrochimica dell'acqua per lo sviluppo dell'idrogeno.
Guardando al futuro, i ricercatori sperano che vengano affrontate diverse sfide degli elettrocatalizzatori IMC 2D a base di metalli nobili, inclusa la sintesi degli IMC 2D a base di metalli nobili e dei metalli utilizzati per questo processo. Questo è un processo impegnativo a causa della loro anisotropia intrinseca e dell'elevata energia superficiale.
Un'altra sfida affrontata durante il processo di sintesi sono i sottoprodotti tensioattivi che rimangono dopo la sintesi, che riducono l'efficacia dei catalizzatori. Sebbene un metodo chiamato ricottura termica possa eliminare la necessità di tensioattivi, questo processo presenta le sue sfide.
I ricercatori vorrebbero vedere nuovi metodi per sintetizzare gli IMC 2D a base di metalli nobili con ricottura termica. Infine, i ricercatori vorrebbero vedere strutture 3D costruite dagli IMC 2D a base di metalli nobili per migliorare la stabilità a lungo termine dei catalizzatori ed esplorare applicazioni più ampie di questa tecnologia.
Altri contributori includono Sumei Han e Qipeng Lu della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Pechino e Qinbai Yun del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica e Istituto per l'Energia presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong.
Ulteriori informazioni: Fukai Feng et al, Intermetallici bidimensionali a base di metalli nobili per l'elettrocatalisi, Materiali e dispositivi energetici (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370008
Fornito dalla Tsinghua University Press
