I chimici hanno sviluppato un nuovo metodo con cui possono caratterizzare singoli catalizzatori di nanoparticelle privi di metalli nobili. Le particelle potrebbero essere un'alternativa economica ai catalizzatori di metalli preziosi per ottenere idrogeno dall'acqua mediante elettrolisi. "Per sviluppare nanoparticelle efficaci, dobbiamo capire come la struttura e l'attività delle singole particelle o dei piccoli gruppi di particelle sono correlate tra loro, " afferma il professor Wolfgang Schuhmann del Centro di elettrochimica della Ruhr-Universität Bochum. Descrive un nuovo metodo di misurazione a questo scopo insieme ai ricercatori Tsvetan Tarnev e al dott. Harshitha Barike Ayappa di Bochum e alla professoressa Corina Andronescu dell'Università di Duisburg-Essen e altri colleghi della rivista Angewandte Chemie del 1 ottobre 2019.

Finora, ci sono poche tecniche disponibili per misurare l'attività catalitica di singole o poche nanoparticelle. "Le correnti che devono essere misurate sono estremamente piccole, e bisogna trovare singole o poche nanoparticelle per misurarle in modo riproducibile, " spiega Schuhmann. Il team di ricerca, che collabora all'interno della University Alliance Ruhr, ha mostrato che tali analisi sono possibili anche con un'elevata produttività, vale a dire con la microscopia a cella elettrochimica a scansione.

Sviluppo di un nuovo sistema di riferimento

Fino ad ora, il metodo non era stato utilizzato per questo scopo perché le nanoparticelle dovevano essere testate in condizioni chimiche impegnative e quindi si sono verificate grandi imprecisioni di misurazione. Ciò ha reso impossibile un'interpretazione affidabile dei risultati. Nel loro lavoro attuale, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo sistema di riferimento per la scansione di microscopia cellulare elettrochimica. Utilizzando abilmente uno standard interno stabile, hanno eliminato le imprecisioni di misurazione e consentito misurazioni di lunga durata nelle condizioni date con un rendimento elevato.

Analisi di nanoparticelle autoprodotte

I ricercatori hanno prodotto particelle di carbonio con inclusioni di azoto e cobalto su carbonio vetroso, le particelle essendo presenti sulla superficie singolarmente o in gruppi di poche particelle. In un unico esperimento, sono stati in grado di utilizzare la microscopia a cella elettrochimica a scansione per determinare l'attività elettrochimica di tutte queste singole particelle o gruppi di particelle.

Le particelle hanno catalizzato la cosiddetta reazione di evoluzione dell'ossigeno. L'elettrolisi dell'acqua produce idrogeno e ossigeno:la fase limitante in questo processo è attualmente la reazione parziale in cui si sviluppa l'ossigeno; catalizzatori più efficienti per questa reazione parziale faciliterebbero la produzione di idrogeno.