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L'idrogeno ha attirato l'attenzione negli ultimi anni come potenziale fonte di energia pulita perché brucia senza produrre emissioni dannose per il clima. Tuttavia, i metodi tradizionali di produzione dell'idrogeno hanno un'impronta di carbonio sostanziale e i metodi più puliti sono costosi e tecnicamente complessi.
Ora i ricercatori stanno segnalando un progresso significativo, un catalizzatore a due elettrodi che si basa su un composto per produrre in modo efficiente idrogeno e ossigeno sia dall'acqua di mare che dall'acqua dolce. I precedenti tentativi di tali catalizzatori bifunzionali per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno hanno generalmente portato a scarse prestazioni in una delle due funzioni. L'uso di due catalizzatori separati funziona ma aumenta i costi di produzione dei catalizzatori.
Nel lavoro descritto in Energia e scienze ambientali , ricercatori dell'Università di Houston, dell'Università cinese di Hong Kong e della Central China Normal University riferiscono di utilizzare un composto di nichel/molibdeno/azoto, modificato con una piccola quantità di ferro e cresciuto su schiuma di nichel per produrre in modo efficiente idrogeno e quindi, attraverso un processo di ricostruzione elettrochimica innescato dalla tensione ciclica, convertito in un composto che ha prodotto una reazione di evoluzione dell'ossigeno altrettanto potente.
I ricercatori hanno affermato che l'utilizzo di un unico composto sia per la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) che per la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER), sebbene leggermente modificato durante il processo di ricostruzione, non solo rende più conveniente la scissione dell'acqua, ma semplifica anche le sfide ingegneristiche.
La maggior parte dei materiali è più adatta per HER o OER, ma entrambe le reazioni sono necessarie per completare la reazione chimica e produrre idrogeno dall'acqua. Zhifeng Ren, direttore del Texas Center for Superconductivity presso UH e autore corrispondente dell'articolo, ha affermato che il nuovo catalizzatore non solo consente operazioni efficienti con un singolo catalizzatore, ma funziona ugualmente bene in acqua di mare e in acqua dolce. "Rispetto ai catalizzatori esistenti, questo è alla pari con il migliore mai segnalato", ha affermato.
Utilizzando acqua di mare alcalina e operando in condizioni quasi industriali, il catalizzatore ha fornito una densità di corrente di 1.000 milliampere/centimetro quadrato utilizzando solo 1,56 volt in acqua di mare, rimanendo stabile per 80 ore di test.
Le ottime prestazioni del catalizzatore in acqua di mare potrebbero risolvere un problema:la maggior parte dei catalizzatori disponibili funziona meglio in acqua dolce. La scissione dell'acqua di mare è più complicata, in parte a causa della corrosione associata al sale e ad altri minerali. Ren, che è anche professore di fisica alla cattedra MD Anderson presso UH, ha affermato che il nuovo catalizzatore genera anche ossigeno puro, evitando il potenziale sottoprodotto del gas cloro corrosivo prodotto da alcuni catalizzatori.
Ma le forniture di acqua dolce sono sempre più limitate dalla siccità e dalla crescita della popolazione. L'acqua di mare, al contrario, è abbondante. "Normalmente, anche se un catalizzatore funziona per l'acqua salata, richiede un consumo energetico maggiore", ha affermato Ren. "In questo caso, richiedere quasi lo stesso consumo di energia dell'acqua dolce è un'ottima notizia."
Shuo Chen, professore associato di fisica presso UH e co-autore corrispondente dell'articolo, ha affermato che la forte densità di corrente segnalata dal catalizzatore a una tensione relativamente bassa riduce il costo energetico della produzione di idrogeno. Ma questo è solo un modo in cui il catalizzatore affronta l'accessibilità economica, ha affermato Chen, che è anche uno dei principali investigatori di TcSUH.
Utilizzando un materiale, il composto nichel/molibdeno/azoto modificato con ferro, per l'HER e quindi utilizzando la tensione ciclica per avviare una ricostruzione elettrochimica per produrre un materiale leggermente diverso, un ossido di ferro/molibdeno/ossido di nichel, per l'OER, i ricercatori eliminano la necessità di un secondo catalizzatore semplificando al contempo i requisiti di ingegneria, ha affermato Chen.
"Se stai realizzando un dispositivo con due materiali diversi su due elettrodi, devi capire come la carica elettrica può fluire attraverso ciascun elettrodo e progettare la struttura in modo che si adatti a quello", ha detto. "In questo caso il materiale non è esattamente lo stesso, perché uno (elettrodo) subisce una ricostruzione elettrochimica, ma è un materiale molto simile, quindi l'ingegnerizzazione è più semplice."
Oltre a Ren e Chen, i ricercatori sulla carta includono Minghui Ning, Fanghao Zhang, Libo Wu, Xinxin Xing, Dezhi Wang, Shaowei Song e Jiming Bao, tutti con UH; Qiancheng Zhou della Central China Normal University; e Luo Yu dell'Università cinese di Hong Kong. + Esplora ulteriormente
