Idrogeno Verde: dagli scarti del legno catalizzatori efficienti

L’elettrolisi dell’acqua del mare è molto promettente come strumento per decarbonizzare il settore energetico globale. Tuttavia, sfide come la corrosione anodica da parte degli ioni cloruro, le reazioni indesiderate di ossidazione del cloruro e il costo elevato dei catalizzatori hanno ostacolato l’elettrolisi diretta dell’acqua di mare.

Per affrontare questi problemi, i materiali di nichel-ferro (NiFe) auto-supportati sono emersi come interessanti catalizzatori bifunzionali per l’evoluzione dell’idrogeno e dell’ossigeno, grazie alla loro elevata attività intrinseca e all’economicità. Le strutture di carbonio a base di legno (WC) hanno guadagnato attenzione come substrato ideale per questi materiali attivi grazie alla loro natura porosa gerarchica e all’eccellente conduttività.

Nel tentativo di migliorare la stabilità degli elettrodi a base di NiFe nell’elettrolisi dell’acqua di mare, il Prof. Hong Chen (Southern University of Science and Technology of China), il Prof. Bing-Jie Ni (University of New South Wales in Australia) e il Prof. Zongping Shao (Curtin University in Australia) hanno ideato un nuovo approccio.

Reconstructed anti-corrosive and active surface on hierarchically porous carbonized wood for efficient overall seawater electrolysis

Introducendo il tungsteno nei catalizzatori attivi a base di NiFe, le proprietà anticorrosione e la stabilità degli anodi sono state notevolmente migliorate. L’innovativo elettrodo di solfuro di NiFe drogato con WC (W-NiFeS/WC) è stato sviluppato per un’efficiente elettrolisi globale dell’acqua di mare attraverso un metodo di preparazione specifico che prevede l’impregnazione e la solfidazione.

Il team ha scoperto che l’elettrodo W-NiFeS/WC presenta una struttura porosa gerarchica tridimensionale con microcanali orientati, nanoparticelle W-NiFeS densamente ancorate e un’elevata porosità, che ne rafforza la conduttività elettrica e l’efficienza. Le prestazioni dell’elettrodo sono state ulteriormente migliorate dalla ricchezza di centri redox-attivi, dalle eccellenti proprietà elettrocatalitiche e dalla stabilità in condizioni di acqua marina alcalina.

L’elettrodo innovativo ha dimostrato un’attività e una stabilità superiori sia nella reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER) sia nella reazione di evoluzione dell’idrogeno (HER) in acqua di mare alcalina, superando i catalizzatori tradizionali. “In particolare, l’evoluzione della struttura in situ di W-NiFeS/WC in OER genera specie anticorrosive di tungstato e solfato sulla superficie degli ossidrossidi attivi di Ni/Fe. Inoltre, il NiFeOOH decorato con W-NiFeS auto-evoluto può catalizzare efficacemente l’HER”. Afferma Zhijie Chen (primo autore). Il basso costo di fabbricazione e l’elevata efficacia ne fanno una scelta convincente per l’elettrolisi dell’acqua di mare, contribuendo in modo significativo al progresso della produzione sostenibile di idrogeno.

Questa ricerca pionieristica non solo sottolinea l’importanza della ricomposizione della struttura per le reazioni di conversione energetica, ma mostra anche il potenziale delle strutture di carbonio derivate dai rifiuti del legno nella progettazione di dispositivi elettrochimici avanzati. Inoltre, riutilizzando gli abbondanti rifiuti di legno in catalizzatori efficienti per l’elettrolisi dell’acqua di mare, questo lavoro incarna anche un approccio di economia circolare, riducendo al minimo la produzione di rifiuti e promuovendo la produzione sostenibile di idrogeno verde dall’acqua di mare.

Fonte articolo: Innovating sustainable hydrogen production vi | EurekAlert!

Tags: economia circolare elettrolisi idrogeno verde