Nel nuovo studio pubblicato sulla rivista International Journal of Extreme Manufacturing il 1° novembre 2023, ricercatori provenienti dal Regno Unito e dalla Cina hanno segnalato una nuova tecnica basata su un meccanismo di reazione idrotermale indotta da laser (LIHR) per la crescita di nanoarchitettura di ossidi metallici binari e idrossidi a doppio strato su schiume di nichel per applicazioni elettrocatalitiche.>
La produzione elettrochimica su larga scala di idrogeno dalla scissione dell'acqua richiede lo sviluppo di elettrocatalizzatori per superare le barriere di energia cinetica per la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) e la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER). Gli elettrocatalizzatori devono essere attivi, stabili e a basso costo.
Tra i vari candidati, i catalizzatori non preziosi a base di nichel, in particolare i catalizzatori Ni-Mo, hanno ottenuto un ampio riconoscimento per l'HER alcalino e gli idrossidi a doppio strato (LDH) basati su metalli di transizione (Fe, Co, Ni) per i catalizzatori OER in mezzi alcalini .
Tuttavia, questi elettrocatalizzatori vengono solitamente sintetizzati con metodi idrotermali o solvotermici, che richiedono autoclavi e solventi, inoltre richiedono molto tempo e un elevato apporto di energia.
Per affrontare queste sfide, il team, che ha aperto la strada alla sintesi laser di elettrocatalizzatori, ha sviluppato ulteriormente questo percorso alternativo al trattamento idrotermale convenzionale mediante irradiazione laser di un substrato immerso in un liquido contenente precursori di sali metallici.
Quando l'interazione del raggio laser all'interfaccia tra il liquido (contenente i precursori Ni/Mo o Fe/Ni) e il substrato di nichel genera una condizione di alta temperatura e alta pressione, che soddisfa il requisito della crescita di ossido metallico sul substrato, la crescita di NiMoO4 nanofogli o doppio idrossido a strati di NiFe si verificano sulle schiume di nichel attraverso il meccanismo di reazione idrotermale.
Il primo autore, il dottor Yang Sha, dell'Università di Manchester, ha affermato:"Tali nanostrutture prodotte dal LIHR mostrano un'eccellente attività catalitica per la scissione complessiva dell'acqua e, cosa più importante, con una durata superiore sotto una densità di corrente industriale, rispetto alla maggior parte dei catalizzatori riportati e catalizzatori commerciali di metalli preziosi. Inoltre, il LIHG migliora la velocità di produzione di oltre 19 volte ma consuma solo il 27,78% dell'energia totale richiesta dai metodi idrotermali convenzionali per ottenere la stessa produzione."
Il professor Zhu Liu, dell'Accademia cinese delle scienze, Istituto di tecnologia e ingegneria dei materiali di Ningbo, ha commentato:"La LIHR è stata segnalata per la prima volta nel 2013 da Yeo et al. per produrre nanofili di ZnO locali attraverso reazioni fototermiche. Questa tecnica è rapida, versatile, scalabile , ed economico, consentendo la sintesi diretta di nanostrutture di ossidi metallici."
"Tuttavia, questa tecnica è stata ben poco studiata e le sue potenziali applicazioni devono ancora essere esplorate. Ci auguriamo che questo studio offra una nuova strada per la sintesi rapida di elettrodi elettrocatalitici indipendenti. Continuiamo ad estendere le sue applicazioni, inclusa la crescita LIHR di ossido metallico nanostrutturato (ZnO, SnO2 ) film sottili per celle solari in perovskite."
Ulteriori informazioni: Yang Sha et al, Verso una nuova strada per la sintesi rapida di elettrodi elettrocatalitici tramite reazione idrotermale indotta dal laser per la scissione dell'acqua, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ad038f
Fornito dall'International Journal of Extreme Manufacturing
