Al fine di migliorare l’accessibilità dei veicoli alimentati a idrogeno e affermare l’idrogeno come fonte energetica valida, è imperativo ridurre il costo di produzione dell’idrogeno, raggiungendo così la fattibilità economica. Per raggiungere questo obiettivo, è fondamentale massimizzare l'efficienza dell'elettrolisi-evoluzione dell'idrogeno, il processo responsabile della produzione di idrogeno dall'acqua.
Recentemente, un team di ricercatori composto dal professor In Su Lee, dal professore di ricerca Soumen Dutta e Byeong Su Gu del Dipartimento di Chimica dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) ha ottenuto un miglioramento significativo nell'efficienza di produzione dell'idrogeno, una fonte di energia verde , attraverso lo sviluppo di un nanocatalizzatore al platino. Hanno compiuto questa impresa depositando due metalli diversi in modo graduale.
I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati su Angewandte Chemie .
La deposizione selettiva di materiali distinti su punti specifici della superficie di un catalizzatore, le cui dimensioni sono nell'ordine dei nanometri, pone sfide sostanziali. Le deposizioni involontarie possono bloccare i siti attivi del catalizzatore o interferire con le rispettive funzioni. Questa situazione ha impedito la deposizione simultanea di nichel e palladio su un unico materiale. Il nichel è responsabile dell'attivazione della scissione dell'acqua mentre il palladio facilita la conversione degli ioni idrogeno in molecole di idrogeno.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un nuovo nanoreattore per controllare con precisione la posizione dei metalli depositati su un nanocristallo piatto 2D. Inoltre, hanno ideato un processo di deposizione fine su scala nanometrica, consentendo la copertura di diverse sfaccettature del nanocristallo di platino 2D con materiali diversi.
Questo nuovo approccio ha portato allo sviluppo di un materiale catalitico ibrido a tre metalli "platino-nichel-palladio" ottenuto attraverso deposizioni consecutive che coprono selettivamente la superficie piana e il bordo del nanocristallo di platino 2D rispettivamente con nanofilm sottili di palladio e nichel.
Il catalizzatore ibrido presentava interfacce distinte di nichel/platino e palladio/platino posizionate per facilitare rispettivamente i processi di scissione dell'acqua e di generazione di molecole di idrogeno. Di conseguenza, il verificarsi collaborativo di questi due diversi processi ha aumentato significativamente l'efficacia dell'evoluzione dell'elettrolisi-idrogeno.
I risultati della ricerca hanno rivelato che il nanocatalizzatore ibrido a tre metalli ha mostrato un aumento di 7,9 volte dell'attività catalitica rispetto al convenzionale catalizzatore platino-carbonio. Inoltre, il nuovo catalizzatore ha dimostrato una stabilità significativa, mantenendo la sua elevata attività catalitica anche dopo un tempo di reazione prolungato di 50 ore. Ciò ha risolto il problema delle interferenze funzionali o delle collisioni tra eterointerfacce.
Il professor In Su Lee, che ha guidato la ricerca, afferma:"Abbiamo sviluppato con successo eterointerfacce armoniose formate su un materiale ibrido, superando le sfide del processo". Ha inoltre aggiunto:"Spero che i risultati della ricerca trovino ampia applicazione nello sviluppo di materiali catalitici ottimizzati per le reazioni dell'idrogeno."
Ulteriori informazioni: Byeong Su Gu et al, Harmonious Heterointerfaces Formed on 2D-Pt Nanodendrites by Facet-Respective Stepwise Metal Deposition for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202307816
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
