Doppi idrossidi stratificati per reazioni di evoluzione dell'ossigeno

26 ottobre 2022

a cura dell'Istituto di Tecnologia di Pechino

Per guidare la progettazione e la sintesi di elettrocatalizzatori verso reazioni di evoluzione dell'ossigeno (OER) altamente efficienti, i ricercatori dell'Università di tecnologia chimica di Pechino hanno riassunto quattro strategie comuni per migliorare le prestazioni OER dei doppi idrossidi stratificati (LDH) e identificare i siti attivi per LDH.

Hanno pubblicato il loro lavoro il 7 settembre su Energy Material Advances.

"Con l'aumento della domanda e del consumo di combustibili fossili, la carenza di energia e l'inquinamento ambientale stanno diventando gravi e inignorabili", ha affermato l'autore corrispondente Mingfei Shao, professore presso il Laboratorio statale di ingegneria delle risorse chimiche, Università di tecnologia chimica di Pechino. "È necessario esplorare l'energia sostenibile e rinnovabile. L'idrogeno, in particolare, è una nuova energia con splendide prospettive di applicazione."

La produzione di idrogeno altamente puro può essere ottenuta mediante scissione elettrochimica dell’acqua utilizzando l’elettricità trasformata da energie rinnovabili come l’eolico e il solare. Ma come una delle mezze reazioni, secondo Shao, l'OER è un processo a quattro elettroni, con un utilizzo dell'energia a bassa efficienza.

Shao e il suo team si concentrano sugli LDH, un materiale bidimensionale di grandi dimensioni. L'ampia sintonizzabilità, i rapporti molari e gli anioni interstrato lo rendono un catalizzatore eccezionale per OER in mezzi alcalini.

"Abbiamo riassunto quattro strategie comuni applicate per migliorare le prestazioni OER degli LDH. Attraverso queste strategie, il sovrapotenziale delle OER può essere ridotto, portando a un'elevata efficienza di utilizzo dell'energia", ha affermato Shao. "Vengono introdotti alcuni lavori sull'identificazione dei siti attivi per gli LDH. La rivelazione del meccanismo di reazione e dei siti attivi fornisce la guida teorica per progettare elettrocatalizzatori efficienti."

Lo sviluppo e l'esplorazione dei catalizzatori OER sono attualmente per lo più in fase sperimentale, che non può soddisfare gli standard per l'uso pratico su larga scala. Ad esempio, permangono problemi legati all'ampliamento delle dimensioni dei catalizzatori e al mantenimento della stabilità durante l'OER. Inoltre, secondo Shao, la maggior parte dei metodi di preparazione dei catalizzatori basati su LDH sono complicati e richiedono molto tempo, il che comporta costi elevati e ne limita l’applicazione.

"Il riconoscimento delle specie reattive dell'ossigeno, come le specie dell'ossigeno adsorbite dai siti attivi sulla superficie degli elettrocatalizzatori e dei radicali dell'ossigeno dispersi nella soluzione durante l'OER, rimane ancora ambiguo a causa dell'esistenza instabile e inapparente delle specie reattive dell'ossigeno", ha detto Shao. "Dopo aver riconosciuto queste specie reattive dell'ossigeno, è ancora vitale come trarne vantaggio per OER più efficienti."

"Ci auguriamo che questa revisione possa offrire idee per identificare ulteriormente i siti attivi per gli LDH con lo scopo di fornire indicazioni per progettare elettrocatalizzatori più avanzati verso la scissione elettrochimica dell'acqua", ha affermato Shao.

Maggiori informazioni: Xin Wan et al, Doppi idrossidi stratificati per la reazione di evoluzione dell'ossigeno verso una generazione efficiente di idrogeno, Progressi dei materiali energetici (2022). DOI: 10.34133/2022/9842610

Fornito da Beijing Institute of Technology Press