Un team di ricercatori guidati dall'Istituto di fisica applicata dell'Università di Tsukuba ha dimostrato un metodo per produrre catalizzatori resistenti agli acidi ricoprendoli con strati di grafene. Mostrano che l'utilizzo di pochi strati consente una maggiore penetrazione del protone durante una reazione di evoluzione dell'idrogeno, che è fondamentale per massimizzare l'efficienza nella produzione di H ₂ come carburante. Questo lavoro potrebbe portare alla produzione su scala industriale dell'idrogeno come fonte di energia completamente rinnovabile per i veicoli che non contribuiscono al cambiamento climatico.

Il sogno delle auto alimentate a idrogeno ha entusiasmato molte persone come soluzione per l'enorme quantità di anidride carbonica che i veicoli a combustione di combustibili fossili emettono quotidianamente nell'atmosfera. Però, la produzione di gas idrogeno è stata rallentata dalla mancanza di catalizzatori economici necessari per dividere l'acqua in modo efficiente. In questo processo, nuclei di idrogeno, chiamati protoni, devono combinarsi per formare gas idrogeno, h ₂ . Il nichel e le leghe a base di Ni sono viste come promettenti alternative economiche al platino, ma questi metalli si corrodono facilmente quando esposti alle condizioni acide della reazione. Una soluzione è usare il grafene, un singolo foglio di atomi di carbonio disposti in un reticolo a nido d'ape, per proteggere il catalizzatore. Però, il meccanismo con cui avviene la reazione è rimasto poco compreso.

Ora, una collaborazione di ricerca internazionale guidata dall'Università di Tsukuba ha dimostrato che l'utilizzo di tre-cinque strati di grafene può prevenire efficacemente la corrosione pur consentendo in parte ai protoni di combinarsi nel catalizzatore attraverso difetti nella struttura a nido d'ape. Inoltre, hanno scoperto che l'efficienza catalitica diminuiva linearmente man mano che venivano aggiunti più strati di grafene.

"Questo risultato ci ha permesso di concludere che i protoni devono penetrare attraverso gli strati di grafene per reagire sulla superficie del metallo, "dice il dottor Kailong Hu, autore senior dello studio. La spiegazione alternativa, che gli elettroni salgono dal metallo in modo che i protoni possano reagire sulla superficie esterna del grafene, non era un processo di reazione importante supportato dagli esperimenti. Il lavoro futuro si concentrerà sull'ottimizzazione del numero di strati di grafene per bilanciare la resistenza alla corrosione con l'attività catalitica.

"Il carburante a idrogeno è particolarmente ecologico perché produce zero gas serra, e ha ancora una densità di energia maggiore della benzina, "Spiega il professor Yoshikazu Ito. "Quindi presto potremmo essere in grado di premere sull'acceleratore senza lasciare un'impronta di carbonio".