Nella ricerca di alternative sostenibili alle fonti energetiche basate sul carbonio, l'efficienza e la scalabilità delle tecnologie svolgono un ruolo cruciale. Gli sviluppi nei catalizzatori a doppio atomo potenziano l'energia rinnovabile e in particolare i sistemi di scissione dell'acqua (WWS) offrono una soluzione promettente. Utilizzando i DAC, è possibile migliorare reazioni importanti come la riduzione/evoluzione dell'ossigeno e l'evoluzione dell'idrogeno. Ciò offre un significativo progresso nella tecnologia delle batterie con efficienti catalizzatori a doppio atomo nella conversione dell'energia.
Gli scienziati dell'Istituto di Bioenergia e Tecnologia dei Bioprocessi di Qingdao, in Cina, puntano a migliorare le prestazioni dei sistemi di scissione dell'acqua (WSS) ottimizzando la progettazione delle reazioni chiave. Queste reazioni includono la riduzione dell'ossigeno, l'evoluzione dell'ossigeno e l'evoluzione dell'idrogeno. Tecnologie rapide, efficienti e scalabili sono necessarie nella ricerca di alternative sostenibili alle fonti energetiche basate sul carbonio. Le batterie a energia solare, sotto forma di sistemi di scissione dell'acqua (WWS), rappresentano una soluzione promettente. Tuttavia, le complesse e lente fasi di reazione associate ai WWS ne ostacolano attualmente l'ampia diffusione. I catalizzatori a doppio atomo migliorano la velocità e le prestazioni delle reazioni più importanti. Agendo da ponte tra i catalizzatori a singolo atomo e quelli a nanoparticelle metalliche/in lega, possono ottenere notevoli progressi in questi processi.
L'autore corrispondente dello studio, Jiang Heqing, ha affermato: "Le reazioni di riduzione/evoluzione dell'ossigeno e di evoluzione dell'idrogeno sono le reazioni principali, che coinvolgono processi di accoppiamento multi-protone-elettrone, cineticamente lenti, quindi è urgente sviluppare materiali elettrocatalitici efficienti, stabili ed economici per migliorarne l'efficienza di conversione".
Importanza dei DAC
I catalizzatori a doppio atomo (DAC) presentano più atomi metallici per sito attivo, il che li rende importanti nella catalisi energetica. Rispetto ai catalizzatori a singolo atomo (SAC), possiedono un'attività catalitica versatile, un utilizzo efficiente degli atomi e una migliore interazione con gli intermedi di reazione. Inoltre, l'utilizzo di SAC nei sistemi di conversione energetica compromette notevolmente l'efficienza di conversione a causa delle elevate barriere di reazione.
I due atomi metallici presenti nei DAC formano un effetto sinergico che consente una modulazione efficiente degli effetti cooperativi tra i due siti attivi. Ciò, a sua volta, porta a una significativa riduzione delle barriere energetiche necessarie per la reazione.
Importanza dei metodi di sinterizzazione
Per ampliare il potenziale dei DAC e promuoverne un utilizzo diffuso, è importante approfondire il loro meccanismo di sintesi mediante metodi di sinterizzazione ad alta temperatura. Ciò favorirà senza dubbio il loro sviluppo e li renderà più facilmente disponibili per scopi commerciali. Il processo di atomizzazione e sinterizzazione mira a trasformare il cobalto in nanoparticelle tramite atomizzazione. Successivamente, queste vengono utilizzate per creare specie a singolo atomo (SA) e a doppio atomo (DA) tramite sinterizzazione.
Il significato strategico di questa ricerca risiede nella sua capacità di scoprire diverse applicazioni dell'atomizzazione/sinterizzazione nella creazione di altri 21 DAC. Comprendendo come questi DAC si formano attraverso il processo di atomizzazione/sinterizzazione, si apriranno diverse opportunità per esplorare lo sfruttamento sostenibile dell'energia. Con l'aumentare del numero di DAC, aumenta anche il potenziale per ulteriori progressi in questo campo.
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Composto stabile e risultati promettenti
Il composto biatomico Co2N5 è stato sottoposto a rigorosi test in batterie zinco-aria, e i risultati sono stati estremamente promettenti. La notevole stabilità delle batterie zinco-aria, con una durata di circa 800 ore (circa 1 mese) , è risultata davvero eccezionale. Inoltre, queste batterie hanno mostrato un'altra caratteristica notevole: la capacità di scindere continuamente l'acqua per circa 1,000 ore (circa un mese e mezzo), garantendo un funzionamento ininterrotto anche al buio. Questi risultati rappresentano un profondo progresso nella tecnologia delle batterie.
Jiang Heqing ha affermato: "La ricerca sui DAC è in corso. Questa strategia universale e scalabile offre opportunità per la progettazione controllata di catalizzatori a doppio atomo multifunzionali efficienti nelle tecnologie di conversione energetica."
Gli sviluppi nel campo dei catalizzatori a doppio atomo stimolano le energie rinnovabili, ma è possibile apportare ulteriori miglioramenti per potenziare le capacità dei catalizzatori bimetallici. È inoltre utile valutarne le prestazioni in diverse condizioni, come basse temperature o in acqua di mare, per identificare le potenziali problematiche che potrebbero ostacolarne l'utilizzo su larga scala o a livello commerciale.
Fonte : Gli sviluppi nei catalizzatori a doppio atomo rendono le fonti di energia rinnovabile più efficienti
