Estensione della durata di vita degli elettrocatalizzatori
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Un gruppo di ricercatori ha scoperto come mantenere attivo e stabile un elettrocatalizzatore a base di ossido di cobalto. L'elemento cromo svolge un ruolo cruciale in questo processo.
Sebbene il cromo in sé non sia un elemento attivo, la sua continua dissoluzione consente una trasformazione superficiale reversibile che mantiene attivo e stabile l'elettrocatalizzatore di ossido di spinello Co-Cr. Ciò potrebbe migliorare significativamente l'efficienza della produzione di idrogeno. Questi risultati sono stati ottenuti da ricercatori della Ruhr University Bochum, in Germania, degli Istituti Max Planck per i materiali sostenibili di Düsseldorf e per la ricerca sul carbone di Mülheim, del Forschungszentrum Jülich e dell'Istituto Helmholtz per le energie rinnovabili di Erlangen-Nürnberg. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications il 10 novembre 2025.
L'ossido di co-cr spinello è un composto chimico costituito da cobalto, cromo e ossigeno, con una particolare struttura cristallina nota come spinello. In questa struttura, gli ioni metallici cobalto e cromo sono disposti in uno schema specifico con gli ioni ossigeno. L'ossido di spinello a base di co è spesso utilizzato come elettrocatalizzatore, in particolare per la reazione di evoluzione dell'ossigeno. Gli elettrocatalizzatori della reazione di evoluzione dell'ossigeno sono spesso ossidi di metalli nobili. L'ossido di Co spinello, invece, offre un'alternativa conveniente come elettrocatalizzatore anodico per l'elettrolisi dell'acqua - la decomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno. Finora, però, l'ossido di Co spinello perdeva spesso l'attività molto rapidamente durante la reazione. Ed è proprio qui che entra in gioco la ricerca del nuovo studio.
"La reazione di evoluzione dell'ossigeno è lenta e costituisce il collo di bottiglia dell'intero sistema", spiega il Prof. Dr. Tong Li, docente di caratterizzazione su scala atomica presso la Ruhr University Bochum. L'elemento cromo nel catalizzatore di ossido di spinello Co-Cr non è di per sé attivo nella reazione di evoluzione dell'ossigeno. "È interessante notare, tuttavia, che il catalizzatore diventa molto attivo e stabile quando viene aggiunto molto cromo nell'ossido di spinello di Co", spiega Tong Li. Il motivo è che il cromo si dissolve continuamente durante la reazione, formando ossidrossido. "Questo permette una trasformazione reversibile tra idrossido e ossidrossido. Questa trasformazione attiva il cobalto nel catalizzatore e ne mantiene l'attività per un lungo periodo", aggiunge.
"La lisciviazione del cromo non è quindi negativa. Questo non è affatto intuitivo", spiega Tong Li spiegando il sorprendente risultato. Tong Li è un esperto di tomografia a sonda atomica, un metodo che aiuta a visualizzare la distribuzione spaziale dei materiali atomo per atomo. In questo studio sull'ossido di spinello Co-Cr, lei e i suoi colleghi hanno combinato questo metodo con la microscopia elettronica a trasmissione, la spettroscopia di assorbimento a raggi X, la spettroscopia di fotoemissione a raggi X, la spettroscopia Raman in situ e le misure elettrochimiche.
Lo studio dimostra che la dissoluzione continua del cromo può migliorare significativamente l'attività e la stabilità degli elettrocatalizzatori di ossido di cobalto spinello per la reazione di evoluzione dell'ossigeno. Questa ricerca potrebbe aprire la strada a catalizzatori più efficienti e sostenibili. "La nuova comprensione atomica è fondamentale per ottimizzare gli elettrocatalizzatori per applicazioni pratiche, come la produzione di idrogeno, un promettente vettore energetico per il futuro", afferma Tong Li.
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Pubblicazione originale
Biao He, Pouya Hosseini, Tatiana Priamushko, Oliver Trost, Eko Budiyanto, Christoph Bondue, Jonas Schulwitz, Aleksander Kostka, Harun Tüysüz, Martin Muhler, Serhiy Cherevko, Kristina Tschulik, Tong Li; "Atomic-scale insights into surface reconstruction and transformation in Co-Cr spinel oxides during the oxygen evolution reaction"; Nature Communications, Volume 16, 2025-11-10
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