La chimica di base dell'elettrolisi dell'acqua

Sabato
23:26:35
Dicembre
12 2020

La chimica di base dell'elettrolisi dell'acqua

Il passaggio a un’economia basata su fonti di energia rinnovabile richiede l’utilizzo di metodi elettrochimici per convertire l’energia elettrica in energia chimica e in materie prime. Un gruppo di ricercatori del Politecnico di Berlino, del Politecnico di Zurigo, dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche di Trieste e guidato dall’Istituto Fritz Haber di Berlino ha scoperto il meccanismo di reazione di uno dei colli di bottiglia di questi processi, la reazione di evoluzione di ossigeno. Lo studio è pubblicato su Nature

View 8.6K

word 710 read time 3 minutes, 33 Seconds

Roma - Uno dei tasselli fondamentali nella transizione a un’economia basata su fonti energetiche rinnovabili è lo sviluppo di nuovi materiali per l’evoluzione #elettrocatalitica dell’ossigeno, momento cruciale nell’elettrolisi dell’acqua. L’elettrolisi è un processo che utilizza energia elettrica per scindere l’acqua nei sui elementi costitutivi, ossigeno e idrogeno, tramite reazioni chimiche. Queste reazioni avvengono sulla superficie dei catalizzatori, elementi che si usano per accelerare o favorire una reazione chimica. In uno studio pubblicato su Nature, il gruppo composto da ricercatori dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom), con sede in Area Science Park, Politecnico di Berlino, Politecnico di Zurigo e Istituto Fritz Haber di Berlino, spiega il funzionamento di una delle migliori classi di catalizzatori per la reazione di evoluzione dell’ossigeno: gli ossidi di iridio. “L’importanza dell’elettrocatalisi dell’ossigeno si spiega in riferimento al problema dell’immagazzinamento delle rinnovabili. Infatti, soprattutto per le energie non programmabili, come il solare e l’eolico, il problema dello stoccaggio diventa determinante, per assorbire le fluttuazioni di potenza e per garantire un approvvigionamento energetico affidabile. La strategia è dunque quella di convertire l’energia elettrica in combustibili chimici tramite l’utilizzo di protoni ed elettroni prodotti con l’elettrolisi dell’acqua”, spiega Simone Piccinin del Cnr-Iom. Questo metodo è uno dei più promettenti per lo stoccaggio delle rinnovabili non programmabili, perché risulta molto flessibile, dal momento che i combustibili possono essere utilizzati quando e dove servono. Un ostacolo a questo approccio è però l’identificazione di #elettrocatalizzatori per l’ossidazione dell’acqua a ossigeno molecolare, ovvero la reazione che fornisce i protoni e gli elettroni necessari per produrre tali combustibili. “Nel tentativo di sviluppare nuovi elettrocatalizzatori, gli esperti nel campo hanno da sempre pensato che la reazione elettrocatalitica di evoluzione dell’ossigeno potesse essere spiegata usando una teoria ben nota, sviluppata decenni fa”, prosegue il ricercatore del CnrIom. “Il nostro gruppo ha deciso di testare queste assunzioni e, sorprendentemente, ha scoperto che la reazione di evoluzione dell’ossigeno è in realtà più simile alla tradizionale catalisi termica di quanto si ritenesse. Questo consente, per la prima volta, di applicare strumenti e concetti sviluppati per descrivere la catalisi termica tradizionale anche alla catalisi elettrochimica”.

“Per migliorare gli elettrocatalizzatori è importante capire la scienza fondamentale che sta alla loro base. Ci era sempre più chiaro che la descrizione tradizionale di ciò che muove le reazioni elettrocatalitiche è incompleta”, spiega Peter Strasser del Politecnico di Berlino. “I ricercatori di solito assumono che la reazione di evoluzione dell’ossigeno sia controllata direttamente dall’azione del potenziale elettrico sulla coordinata di reazione. Questo è uno scenario molto diverso dalla catalisi termica, dove la creazione e rottura di legami chimici controlla la velocità di reazione attraverso la chimica di superficie”. “Dal nostro lavoro emerge invece che il ruolo del potenziale è quello di ossidare la superficie e che l’accumulo della carica indotto da questa ossidazione controlla la velocità di reazione, in modo analogo alla catalisi termica”, aggiunge Detre Teschner dell’Istituto Fritz Haber. “Questi studi ci hanno fatto capire che la reazione è controllata dalla chimica di superficie, a dispetto di quanto si credesse. Sviluppando un metodo di laboratorio in grado di quantificare l’accumulo di carica e usando simulazioni teoriche con tecniche di meccanica quantistica, il nostro gruppo è riuscito a studiare diversi materiali e ha trovato che tutti mostravano lo stesso comportamento”, conclude Piccinin.

La scheda

Chi: Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom)
Che cosa: Uno studio sul meccanismo di reazione dell’evoluzione dell’ossigeno su ossidi di iridio https://www.nature...s/s41586-020-2908-2 DOI: 10.1038/s41586-020-2908-2

Per informazioni:
Flavia Mancini
communication office Cnr-Iom
mancini@iom.cnr.it
Simone Piccinin,
researcher Cnr-Iom,
Piccinin@iom.cnr.it

Source by CNR


LSNN is an independent publisher that relies on reader support. We disclose the reality of the facts, after careful observations of the contents rigorously taken from direct sources. LSNN is the longest-lived portal in the world, thanks to the commitment we dedicate to the promotion of authors and the value given to important topics such as ideas, human rights, art, creativity, the environment, entertainment, Welfare, Minori, on the side of freedom of expression in the world «make us a team» and we want you to know that you are precious!

Dissemination* is the key to our success, and we've been doing it well since 1999. Transparent communication and targeted action have been the pillars of our success. Effective communication, action aimed at exclusive promotion, has made artists, ideas and important projects take off. Our commitment to maintain LSNN is enormous and your contribution is crucial, to continue growing together as a true team. Exclusive and valuable contents are our daily bread. Let us know you are with us! This is the wallet to contribute.

*Dissemination is the process of making scientific and technical information accessible to a non-specialist public. This can come through various forms, such as books, articles, lectures, television programs and science shows.


Similar Articles / La chimi...ell'acqua