L’energia dell’idrogeno è considerata una soluzione promettente con un’elevata densità energetica e zero emissioni inquinanti. Attualmente, l'idrogeno deriva principalmente da combustibili fossili, il che aumenta il consumo di energia e le emissioni di gas serra, ostacolando gli sforzi per raggiungere gli obiettivi di neutralità del carbonio.
La scissione elettrochimica dell’acqua che utilizza energia rinnovabile è un metodo ecologicamente sostenibile per la produzione di idrogeno. Per migliorare l'efficienza della produzione di idrogeno e ridurre il consumo di energia, è necessario trovare catalizzatori efficienti per la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER).
I metalli del gruppo del platino (Pt) sono comunemente usati come catalizzatori HER grazie alla loro eccellente attività naturale. Tuttavia, la scarsità e il costo elevato di queste risorse ne limitano l’applicazione diffusa. È fondamentale aumentare l’utilizzo degli atomi di metallo per sviluppare catalizzatori al Pt a basso carico. Recentemente, i catalizzatori supportati sono stati considerati un approccio efficace per ridurre al minimo la quantità di metallo prezioso caricato e mantenere la loro eccellente attività.
I materiali MXene, con la loro nanostruttura stratificata, elevata conduttività, buona idrofilicità e ricche proprietà chimiche superficiali, hanno trovato ampie applicazioni nella catalisi.
Un gruppo di ricerca comprendente Kai-Ling Zhou, Yang Yang, Yuhong Jin e Hao Wang dell'Università di Tecnologia di Pechino e Istituto di scienza e ingegneria delle acque profonde, Accademia cinese delle scienze, ha fabbricato catalizzatori bimetallici PtCo piccoli e altamente dispersi su MXene (PtCo/MXene) utilizzando un approccio di riduzione graduale. Hanno studiato l'attività elettrocatalitica HER di PtCo/MXene in un mezzo acido.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Frontiers in Energy .
Il team ha scoperto che l'introduzione delle specie Co ha modificato la struttura elettronica del sito attivo e ha promosso le prestazioni catalitiche del prezioso metallo Pt nell'HER. Il catalizzatore PtCo/MXene mostra un'attività HER superiore con un basso sovrapotenziale di 60 e 152 mV a densità di corrente di −10 e −100 mA/cm 2 , rispettivamente, ed eccellente durabilità operativa in 0,5 mol/L H2 SO4 medio.
Il catalizzatore PtCo/MXene possiede una notevole area superficiale e un'impedenza di trasferimento di carica minima. Il calcolo DFT mostra che il bimetallo PtCo può promuovere il desorbimento di H* e promuovere il processo HER in un mezzo acido.
Questo lavoro fornisce una prospettiva preziosa per introdurre metalli preziosi a basso carico su MXene e garantirne l'attività e la stabilità.
Ulteriori informazioni: Guangxun Chen et al, MXene ha supportato il catalizzatore bimetallico PtCo per l'evoluzione dell'idrogeno in condizioni acide, Frontiers in Energy (2024). DOI:10.1007/s11708-024-0925-9
Fornito dalla stampa per l'istruzione superiore
