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Nanocrystalline oxides for selective oxidative electrocatalysis

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Ottimizzazione delle reazioni chimiche per le celle a combustibile del futuro

Alcuni scienziati finanziati dall'UE hanno fatto enormi progressi nella caratterizzazione della struttura e della funzione molecolare di composti implicati nelle reazioni chimiche di particolare rilevanza per la tecnologia delle celle a combustibile.

Energia

I catalizzatori sono composti in grado di accelerare la velocità di una reazione chimica senza venirne modificati, in quanto tali specie chimiche possono essere costantemente riutilizzate. Gli elettrocatalizzatori rappresentano un tipo speciale di catalizzatori che agiscono sulle superfici degli elettrodi e facilitano le reazioni che hanno luogo in queste aree. Con l'avvento della nanotecnologia e la scoperta delle interessanti funzionalità dei materiali di nanoscala, va da sé che detti materiali potrebbero rivelarsi utili per le applicazioni elettrocatalitiche. Gli scienziati europei hanno tentato di caratterizzare in modo sistematico i fattori che incidono sull'attività e sulla selettività degli elettrodi di ossidi nanocristallini grazie ai finanziamenti dell'UE stanziati per il progetto NOSOE ("Nanocrystalline oxides for selective oxidative electrocatalysis"). Gli esperti hanno concentrato la propria attenzione sulle cosiddette reazioni di evoluzione di cloro e di ossigeno (CER) nelle soluzioni acide. Queste reazioni vengono utilizzate per generare l'ossigeno (O2) e il cloro (Cl2) molecolari mediante l'elettrolisi degli acidi. In particolare, il consorzio dell'iniziativa NOSOE ha tentato di spiegare i meccanismi e i siti attivi (in cui il catalizzatore lega i reagenti) di elettrocatalizzatori a base di ossidi, conducendo alla sintesi di una nuova classe di materiali elettrocatalizzatori. La conoscenza dell'azione catalizzatrice insieme all'uso di avanzati approcci sintetici potrebbe portare allo sviluppo di una nuova classe di materiali elettrocatalitici a base di ossido con attività e selettività controllata. Il consorzio ha ottimizzato le procedure di sintesi di specifici elettrocatalizzatori di interesse, che sono stati caratterizzati con tecniche di diffrazione a raggi X avanzate e la cui attività per l'evoluzione di ossigeno e di cloro è stata testata in ambiente acido. I catalizzatori si sono rivelati altamente selettivi per l'evoluzione di ossigeno, persino in condizioni di concentrazioni elevate di ioni di cloro. Gli sperimentatori hanno quindi sviluppato modelli strutturali dettagliati (mediante la spettroscopia di assorbimento di raggi X), tra cui la distribuzione e l'organizzazione dei legami di talune specie chimiche nonché i potenziali siti attivi sulla superficie dei catalizzatori a base di ossidi. Si prevede che i risultati del progetto NOSOE, che sono stati pubblicati su riviste internazionali e presentati nel corso di conferenze internazionali, avranno un impatto importante sullo sviluppo dei catalizzatori per le celle a combustibile e sul miglioramento dell'utilizzo di fonti di energia rinnovabili, quali quella eolica e quella solare.

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