Elettrocatalisi con doppia funzionalità
Una panoramica
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Gli elettrocatalizzatori ibridi possono produrre contemporaneamente idrogeno verde, ad esempio, e composti organici di valore. Ciò promette applicazioni economicamente valide. Tuttavia, le complesse reazioni catalitiche coinvolte nella produzione di composti organici non sono ancora del tutto comprese. I moderni metodi a raggi X delle sorgenti di sincrotrone, come BESSY II, consentono di analizzare in tempo reale i materiali catalitici e le reazioni che avvengono sulle loro superfici, in situ e in condizioni operative reali. In questo modo si ottengono informazioni che possono essere utilizzate per un'ottimizzazione mirata. Il team ha pubblicato una panoramica dello stato attuale delle conoscenze su Nature Reviews Chemistry.
Con i metodi in situ delle sorgenti di sincrotrone è possibile analizzare in tempo reale le complesse reazioni di ossidazione organica sui catalizzatori.
© Debabrata Bagchi / HZB
Gli elettrolizzatori ibridi di acqua sono dispositivi recenti che producono idrogeno o altri prodotti di riduzione al catodo, mentre all'anodo si formano preziosi prodotti di ossidazione organica. Questo approccio innovativo aumenta significativamente la redditività della produzione di idrogeno. Un altro vantaggio è che le reazioni di ossidazione organica (OOR) per la produzione di composti pregiati sono piuttosto ecologiche rispetto ai processi di sintesi convenzionali, che spesso richiedono reagenti aggressivi. Tuttavia, le reazioni di ossidazione organica sono molto complesse e comportano molteplici stati di ossidazione del catalizzatore, transizioni di fase, prodotti intermedi, formazione e dissoluzione di legami e selettività variabile dei prodotti. La ricerca sulle OOR è ancora agli inizi.
Rassegna sullo stato dell'arte
In Nature Reviews Chemistry, un team di esperti guidato dal Dr. Prashanth Menezes (HZB) e dal Prof. Matthias Driess (Università Tecnica di Berlino) fornisce una panoramica completa di questo entusiasmante campo di ricerca. I relatori illustrano i metodi e le tecniche avanzate disponibili presso le sorgenti di sincrotrone come BESSY II, dove è possibile analizzare reazioni complesse in tempo reale e in situ.
La panoramica comprende varie reazioni catalitiche, tra cui l'ossigenazione di alcoli e aldeidi, la deidrogenazione di ammine, la degradazione dell'urea e le reazioni di accoppiamento. Gli autori presentano i metodi più utili per comprendere i complessi meccanismi di reazione, come l'assorbimento dei raggi X, la spettroscopia Raman e infrarossa e la spettrometria di massa elettrochimica differenziale. I metodi in situ rivelano i cambiamenti strutturali del catalizzatore, mentre le tecniche operative monitorano sia la struttura che l'attività in condizioni operative reali. Questi metodi possono essere utilizzati per esplorare tutti i tipi di sistemi catalitici o di reazione chimica, per ottenere informazioni sul comportamento dei catalizzatori e delle reazioni in condizioni operative. La rassegna contiene anche un capitolo sui metodi di apprendimento automatico per valutare grandi insiemi di dati.
Questa rassegna mira a far conoscere questo entusiasmante campo di ricerca e a incoraggiare gli scienziati a combinare diverse tecniche di analisi. Ciò favorirà la comprensione delle reazioni catalitiche eterogenee e accelererà lo sviluppo di efficienti elettrocatalizzatori ibridi come tecnologia sostenibile di chimica verde", afferma Menezes.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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