20.12.24 – Messo a punto un nuovo catalizzatore, a basso costo ed alta efficienza, denominato “NiGraf” per la produzione elettrolitica di idrogeno dall’acqua. È il frutto dello studio di un gruppo di scienziati e scienziate del Consiglio nazionale delle ricerche, dell’Istituto di cristallografia del Cnr di Bari (Cnr-Ic), dell’Istituto dei composti organometallici del Cnr di Firenze (Cnr-Iccom) e dell’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati del Cnr di Palermo (Cnr-Ismn). Il gruppo di ricerca, guidato da Cinzia Giannini (Cnr-Ic), è composto dai ricercatori Alessandro Lavacchi (Cnr-Iccom) e Mario Pagliaro (Cnr-Ismn). La ricerca è stata pubblicata nella rivista Cell Reports Physical Science.
Il nuovo dispositivo incapsula una struttura di ossido di grafene all’interno – e non alla superficie – del reticolo cristallino di nanoparticelle a base di nickel. Un particolare molto importante quest’ultimo, che viene così spiegato da Rocco Caliandro (Cnr-Ic), primo autore dello studio con Enrico Berretti (Cnr-Iccom): «In questo modo la speciale struttura planare del grafene interagisce in modo vantaggioso con il reticolo cristallino di nanoparticelle a base di nickel, determinando un aumento di efficienza e stabilità del catalizzatore per effetto cooperativo tra le due fasi cristalline».
Non è tutto. La ricerca ha portato a sviluppare un nuovo metodo per studiare il catalizzatore in condizioni operative, utilizzando il fascio di raggi X ad alta intensità dell’acceleratore del Brookhaven National Laboratory, negli Stati Uniti. In questo modo è stato possibile capire cosa accade, a livello atomico, all’interno di una cella elettrolitica, comprendendo l’evoluzione del suo comportamento su scala atomica. Un passo, questo, molto importante per lo sviluppo di nuovi elettrocalizzatori per la produzione di idrogeno dall’acqua.
Nel mondo, vengono ogni anno prodotte circa 60 milioni di tonnellate di idrogeno: di queste 600.000 sono ottenute scindendo l’acqua per via elettrolitica su elettrodi in cui il materiale catalitico è il nickel, un metallo abbondante e a basso costo. Quando l’elettricità impiegata nel processo è derivata da fonti rinnovabili come il Sole, l’acqua e il vento, si ottiene l’idrogeno “verde”, che poi riconvertito in acqua nelle celle a combustibile idrogeno rende disponibile l’energia accumulata in modo programmabile. Per questo, l’elettrolisi a basso costo è considerata una delle tecnologie chiave della transizione energetica. Per abbassarne il costo, occorre fra l’altro sviluppare nuovi materiali catalitici più efficienti e durevoli. Gli studi sono stati finanziati dal Pnrr nell’ambito della progettualità delle ricerche sull’idrogeno. (Red.)
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https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102341
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