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Catalizzatori atomici all'ossido cerio per l'energia verde

In Cina scoperto nuovo catalizzatore di dimensioni atomiche per la sintesi dell’idrogeno. Tutti i catalizzatori moderni sono di dimensioni molecolari, ma  l’efficienza della produzione chimica aumenta man mano che l’agente si riduce. Quindi riducendone le dimensioni si ottengono processi catalitici più efficienti. Un team internazionale guidato da scienziati cinesi ha fatto un passo avanti nella chimica con un nuovo modo di rendere i catalizzatori di dimensioni atomiche più veloci e affidabili in applicazioni che vanno dalla riduzione dell’inquinamento delle automobili all’aumento della produzione di idrogeno, come riportato da SCMP.

Tutti i catalizzatori moderni sono di dimensioni molecolari, ma  l’efficienza della produzione chimica aumenta man mano che l’agente si riduce. Quindi riducendone le dimensioni si ottengono processi catalitici più efficienti. I catalizzatori di dimensioni atomiche, con le loro strutture di elettroni uniche, sono 1-2 ordini di grandezza più efficienti, ma la loro instabilità ha rappresentato un problema. I catalizzatori atomici utilizzano spesso metalli preziosi come il platino, il rodio e il palladio, che tendono ad aggregarsi durante le reazioni e a perdere slancio. La loro vita utile più breve significa anche che sono più costosi, rendendoli inadatti per le applicazioni commerciali. I ricercatori cinesi affermano di aver costruito una struttura unica che risolve questi problemi confinando gli atomi di metallo sulla superficie dei materiali di supporto e impedendo loro di formare ammassi che ne limitano l’efficienza. I risultati sono stati pubblicati nell’edizione del 26 ottobre della rivista peer-reviewed Nature. Il team, guidato da Zeng Jie, professore dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC), ha incluso collaboratori della Washington State University, dell’Arizona State University e dell’Università della California, Davis. Utilizzando l’ossido di cerio, i ricercatori hanno costruito delle “nanoisole” sulla superficie delle particelle di silice, intrappolando gli atomi di metallo reattivi – in questo caso il platino – e trattenendoli uniformemente durante la sintesi chimica. In effetti, gli atomi di metallo sono tenuti in una serie di isole-prigione, dove sono liberi di muoversi ma non possono fuggire, poiché la silice – che non può competere con il legame tra il metallo e l’ossido di cerio – agisce come un oceano impenetrabile. I ricercatori hanno dichiarato che il loro approccio ha permesso di posizionare con precisione gli atomi di metallo e di controllarne la concentrazione su ogni “isola”, impedendo loro di formare ammassi più grandi e di causare aggregazioni dannose durante le reazioni. Secondo loro questa struttura permette un’elevata efficienza nelle reazioni che permettono l’estrazione dell’idrogeno dall’acqua, rendendolo molto più disponibile e facile da produrre con l’energia verde.  In un’intervista rilasciata venerdì al SCMP, Zeng ha dichiarato che il design unico della struttura massimizza l’efficienza di utilizzo del metallo e prolunga la durata di vita del catalizzatore. “Ma questo richiede idee creative, accumulo di tecnologia di sintesi e l’assistenza di alcuni dei migliori strumenti al mondo”, ha detto. “Abbiamo affrontato una lunga storia di ricerca e utilizzato esperimenti complessi per supportare la progettazione, e abbiamo collaborato con altri illustri ricercatori per rilevare la struttura atomica del catalizzatore“. Zeng ha dichiarato che il progetto ha fornito uno strumento di progettazione per catalizzatori atomici stabili. “Puntiamo a introdurre questo concetto in altre reazioni chimiche importanti, come il trasferimento acqua-gas o l’ossidazione selettiva del metano“, ha detto. “Potremmo costruire altri catalizzatori scegliendo supporti, nanoisole e atomi metallici attivi appropriati. Inoltre, potremmo controllare il numero target di atomi su ogni isola, per studiare la reattività o costruire il catalizzatore più efficiente“. La possibilità di poter ottenere delle reazioni chimiche con livelli di energia bassi è importantissimo per lo sviluppo delle tecnologie del futuro, dalle celle a combustibili all’estrazione dell’idrogeno. Questa nuova tecnologia potrebbe effettivamente aprire un capitolo nuovo per la chimica, sempre che l’industrializzazione del processo abbia successo. Read the full article