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Electrocatalysis on Model Interfaces

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I lati oscuri della catalisi

Le reazioni catalitiche sono alla base di numerose applicazioni di natura industriale e commerciale. Un nuovo studio di questi meccanismi in situ sulle superfici monocristalline garantisce progressi nel campo delle tecnologie delle celle a combustibile offrendo drastiche riduzioni dei costi.

Tecnologie industriali

Un catalizzatore è in grado di collegare in modo reversibile uno o più reagenti, facilitando la reazione senza esserne consumato. In tal modo, è libero di eseguire ininterrottamente gli abbinamenti, accelerando i tempi di reazione e potenziando la produzione. Poiché i reagenti sono in competizione con altre specie chimiche strutturalmente simili, il modello "chiave-serratura" mira a ottenere elevati livelli di specificità. Nella continua ricerca di catalizzatori più economici per la creazione di celle a combustibile ecologiche e promettenti, è estremamente importante comprendere questo genere di competizione. Nell'ambito di un nuovo studio finanziato dall'UE, condotto durante il progetto ELCAMI ("Electrocatalysis on model interfaces"), è stata adottata una tecnica di spettroscopia infrarossa/Raman avanzata in situ allo scopo di valutare la struttura e la reattività locali di nuovi catodi a base di palladio (Pd). Gli scienziati hanno confrontato quattro tipi di piattaforme a base di palladio per le celle a combustibile a membrana a elettrolita polimerico a bassa temperatura (LT-PEMFC) come alternative al tradizionale e costoso platino. Nello specifico, è stata analizzata la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) nel catodo. Gli studi condotti hanno aperto nuove prospettive sul ruolo degli adsorbati a base di alcol (-OH) e degli ossidi di superficie rispetto alla cinetica della ORR e hanno spinto gli scienziati a concludere che queste specie sono in competizione con l'ossigeno molecolare per i siti di catalizzatori attivi. Gli studi in situ sulle superfici monocristalline hanno consentito agli sperimentatori di compiere enormi progressi nel campo della comprensione dei processi fondamentali di ossidazione e di riduzione nell'ambito dell'elettrocatalisi. I risultati ottenuti hanno fatto luce sugli aspetti elettrochimici dei catodi a base di palladio per la creazione di LT-PEMFC economiche. In un contesto più ampio, i ricercatori hanno dimostrato la fattibilità degli esperimenti basati sulla spettroscopia infrarossa/Raman in situ applicata ai monocristalli nell'ambito dello studio dei rapporti struttura-sensibilità durante il processo di catalisi. Le tecnologie ELCAMI e gli orientamenti associati alla base delle misurazioni sperimentali della catalisi danno il via a una nuova era di scoperte e innovazioni. Si prospetta un futuro brillante caratterizzato dalla presenza di energia pulita e a basso costo.

Parole chiave

Catalizzatore, monocristallino, celle a combustibile, infrarossa/Raman, spettroscopia, catodi, LT-PEMFC, reazione di riduzione dell'ossigeno, adsorbato dell'alcol

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