Illustrazione schematica della stampa 3D con fotopolimerizzazione di elettrodi a base di Ni. Credito:SARI
L'elettrolisi dell'acqua è un metodo efficace per produrre idrogeno utilizzando fonti di energia rinnovabili. Lo sviluppo di elettrocatalizzatori economici per una reazione di evoluzione dell'idrogeno efficiente e durevole in mezzi alcalini è di vitale importanza per soddisfare la crescente domanda di idrogeno.
I metalli del gruppo del platino mostrano un'eccellente attività nella reazione di evoluzione dell'idrogeno, ma il loro costo elevato ne ostacola l'applicazione diffusa.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Tang Zhiyong e dal Professore Associato Zhang Jie dello Shanghai Advanced Research Institute (SARI) dell'Accademia cinese delle scienze ha proposto un nuovo metodo di stampa 3D fotopolimerizzante per la produzione diretta di elettrocatalizzatori strutturati a base di nichel con un'esclusiva struttura cubica simile al glutine e una forte interazione catalizzatore-substrato.
Lo studio è stato pubblicato su Nano Energy .
La stampa 3D con fotopolimerizzazione ha un costo di produzione molto inferiore rispetto a quello della stampa 3D a fusione laser selettiva e un grado di libertà e precisione di stampa molto più elevato rispetto a quello della stampa 3D a scrittura diretta con inchiostro.
Sulla base di questa tecnologia, i ricercatori hanno ottimizzato la composizione della pasta da stampa e il processo di post-trattamento. La superficie dell'elettrodo risultante mostra una struttura cubica simile al glutine, dove il Ti esiste in uno stato amorfo con una forte interazione con Ni, che porta a un aumento dei siti attivi e a migliori proprietà elettrolitiche.
L'elettrodo a base di nichel su misura mostra un'eccellente durata e un notevole basso sovrapotenziale, superando il catalizzatore Pt/C commerciale e la maggior parte degli elettrocatalizzatori all'avanguardia.
I calcoli della teoria del funzionale della densità rivelano inoltre che il drogaggio Ti diminuisce la barriera energetica di dissociazione dell'acqua e la barriera energetica dell'idrogeno, migliorando così la reazione di evoluzione dell'idrogeno.
Questo lavoro fornisce una nuova strategia per preparare con precisione i catalizzatori strutturati privi di metalli nobili con attività potenziata nell'elettrolisi dell'acqua alcalina. Inoltre, il metodo di stampa 3D fotopolimerizzabile sviluppato offre un'opzione alternativa per la produzione di elettrocatalizzatori a basso costo con una complessa architettura 3D. + Esplora ulteriormente
