L’incombente minaccia del cambiamento climatico ha motivato gli scienziati di tutto il mondo a cercare alternative più pulite ai combustibili fossili, e molti credono che l’idrogeno sia la nostra migliore scommessa. In quanto risorsa energetica rispettosa dell'ambiente, l'idrogeno (H2 ) può essere utilizzato nei veicoli e nelle centrali elettriche senza rilasciare anidride carbonica nell'atmosfera.
Tuttavia, immagazzinare e trasportare H2 in modo sicuro ed efficiente rimane una sfida. L’idrogeno gassoso compresso presenta un rischio significativo di esplosione e perdite, mentre l’idrogeno liquido deve essere mantenuto a temperature estremamente basse, il che è costoso. Ma cosa accadrebbe se potessimo immagazzinare l'idrogeno direttamente nella composizione molecolare di altri materiali liquidi o solidi?
Questo è stato l'obiettivo di un team di scienziati giapponesi che, in un recente studio pubblicato sulla rivista Small , hanno studiato il potenziale dei fogli di boruro di idrogeno (HB) come pratici trasportatori di idrogeno. Lo stoccaggio dell’idrogeno nei fogli HB non è un concetto del tutto nuovo e molti aspetti delle loro potenziali applicazioni come trasportatori di idrogeno sono già stati studiati. Tuttavia, estrarre l'idrogeno dai fogli è la parte difficile.
Per rilasciare idrogeno (H2) è necessario il riscaldamento ad alte temperature o una forte illuminazione ultravioletta (UV). ) da fogli HB. Tuttavia, entrambi gli approcci presentano svantaggi intrinseci, come un elevato consumo di energia o H2 incompleto rilasciare.
Pertanto, il team ha approfondito una potenziale alternativa:il rilascio elettrochimico. Basato sul meccanismo dell'H2 indotto dai raggi UV rilascio dai fogli di HB, il team ha ipotizzato che l'iniezione di elettroni da un elettrodo catodico nei nanofogli di HB mediante un alimentatore elettrico potrebbe essere un modo migliore per rilasciare H2 rispetto all'irradiazione UV o al riscaldamento.
Sulla base di questa teoria, i ricercatori hanno disperso i fogli di HB in acetonitrile, un solvente organico, e hanno applicato una tensione controllata alla dispersione. Questi esperimenti hanno rivelato che quasi tutti gli elettroni iniettati nel sistema elettrochimico venivano utilizzati per convertire H + ioni dai fogli HB in H2 molecole. In particolare, l'efficienza faradaica di questo processo, che misura la quantità di energia elettrica convertita in energia chimica, era superiore al 90%.
Il team ha anche condotto esperimenti di tracciamento isotopico per confermare che l'H2 rilasciato elettrochimicamente originato dai fogli HB e non attraverso qualche altra reazione chimica. Inoltre, hanno utilizzato anche la microscopia elettronica a scansione e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X per caratterizzare i fogli prima e dopo H2 rilascio, fornendo ulteriori informazioni sui meccanismi sottostanti del processo.
Questi risultati contribuiscono allo sviluppo di vettori di idrogeno sicuri e leggeri con un basso consumo energetico. Sebbene il team abbia studiato la forma dispersa dei fogli HB nell'articolo pubblicato, i risultati attuali sono applicabili a sistemi di fogli HB basati su film o massa per H2 pubblicazione. Inoltre, in uno studio futuro il team esaminerà la ricaricabilità dei fogli HB dopo la deidrogenazione.
Ulteriori informazioni: Satoshi Kawamura et al, Rilascio elettrolitico di idrogeno da fogli di boruro di idrogeno, Piccolo (2024). DOI:10.1002/piccolo.202310239
Informazioni sul giornale: Piccolo
Fornito dal Tokyo Institute of Technology
