Language
Country/Area
No result found
La magia dei metalli: quali catalizzatori metallici possono rilasciare rapidamente ossigeno e cambiare il futuro energetico?
La catalisi di ossidazione dell'acqua (WOC) non serve semplicemente a produrre ossigeno, ma a esplorare le future fonti di energia rinnovabile, in particolare nel processo di scissione dell'acqua per produrre idrogeno. L'essenza dell'ossidazione dell'acqua è la conversione dell'acqua in ossigeno e protoni (2 H2O → 4 H+ + 4 e− + O2). Sebbene l’ossigeno sia ampiamente disponibile nell’aria, i catalizzatori che migliorano l’efficienza dell’ossidazione dell’acqua svolgeranno senza dubbio un ruolo chiave nello sviluppo dell’energia pulita in futuro.
Il processo di ossidazione dell'acqua è molto più difficile dell'ossidazione della sua base coniugata idrossido.
Le tipologie di catalizzatori si dividono principalmente in catalizzatori omogenei e catalizzatori eterogenei, tra i quali particolarmente importanti sono i catalizzatori metallici. Questi catalizzatori non solo devono funzionare rapidamente a un basso sovrapotenziale, ma hanno anche un'elevata stabilità e un basso costo e sono preferiti componenti rispettosi dell'ambiente e non tossici.
Catalizzatore omogeneo
Complesso di rutenio
Sono stati compiuti alcuni progressi nella reazione di ossidazione dell'acqua catalizzata dal Lutan idrato. Questi catalizzatori contengono tipicamente ligandi di tipo bipiridina o tripiridina. In particolare, la velocità di reazione dei catalizzatori contenenti acido piridina-2-carbossilico può raggiungere 300 s−1, che è paragonabile al sistema fotosintetico II. Molti nuovi ligandi polipiridinici sono emersi nella ricerca recente.
Complesso di cobalto e ferro
I primi catalizzatori WOC a base di cobalto presentavano problemi di stabilità insufficiente. Il catalizzatore omogeneo relativamente nuovo [Co(Py5)(H2O)](ClO4)2 forma la specie [CoIII--OH]2+ attraverso una reazione di trasferimento di elettroni accoppiati a protoni, che viene quindi ossidata per generare un intermedio CoIV e infine reagisce con acqua Rilascia ossigeno. Inoltre, il composto poliossimetallico del cobalto [Co4(H2O)2(α-PW9O34)2]10− presenta un'elevata efficienza catalitica e alcuni complessi contenenti ferro hanno anche buone proprietà catalitiche.
Molti composti correlati possiedono proprietà decomponibili, la maggior parte dei quali si degrada in poche ore.
Complesso di iridio
Sebbene il complesso di iridio [Ir(ppy)2(OH2)2]+ presenti un numero di cicli di reazione più elevato, la velocità catalitica è inferiore. Sostituendo ppy con Cp* (C5Me5), l'attività catalitica può essere migliorata ma il numero di cicli viene ridotto. Si ritiene che l'attacco nucleofilo dell'acqua sia uno dei motivi della formazione di O2.
Catalizzatore eterogeneo
In questo campo, l'ossido di iridio funge da catalizzatore primario stabile, mostrando un basso sovrapotenziale. Inoltre, la pellicola di ossido a base di nichel rilascia ossigeno in condizioni quasi neutre, mostrando un sovrapotenziale ultrabasso di circa 425 mV e stabilità. Le tecniche spettroscopiche a raggi X hanno rivelato la presenza di doppi ponti μ-ossido tra gli ioni NiIII/NiIV, ma non è stata trovata alcuna prova di singoli ponti μ-ossido.
L'ossido di cobalto (Co3O4) viene studiato in modo simile ad altri sali di cobalto.
In questo contesto, è possibile preparare catalizzatori stabili ed efficienti adsorbendo CoII su nanoparticelle di silice. Questi compositi mostrano una buona attività nel processo di ossidazione dell'acqua e, quando vengono trattati idrotermicamente con materiali di carbonio, possono mostrare eccellenti effetti di scissione dell'acqua.
Prospettive future
Lo sviluppo di catalizzatori per l'ossidazione dell'acqua avrà senza dubbio un grande significato nel futuro ecosistema energetico. Con l’approfondimento della ricerca, ci stiamo avvicinando alla creazione di catalizzatori in grado di convertire in modo efficiente l’acqua in energia dell’idrogeno, il che renderà possibile la combinazione di energia solare ed energia dell’idrogeno. Immaginate come verrà rimodellato il nostro futuro energetico se in futuro ci saranno dati che dimostrano che questa tecnologia può essere ampiamente utilizzata?
