Nanofili di platino per auto a idrogeno più economiche / Nanowires of platinum  cheaper to car hydrogen

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

Plasmare il platino in forma di nanofili con superfici irregolari dentellate può ridurre di 50 volte la quantità di questo metallo prezioso impiegata nei catalizzatori delle celle a combustibile a idrogeno, rendendo più semplice ed economica l’applicazione di questa tecnologia per gli autoveicoli. È quanto scoperto da un gruppo di ricerca internazionale, costituito da: Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche di Pisa (Iccom-Cnr), University of California di Los Angeles (Usa), California Insitute of Technology (Usa), Tsinghua University (Cina), Accademia delle scienze Cinese (Cina), California State University (Usa), Northeastern University (Usa) e Lawrence Berkley National Laboratory (Usa). I risultati del lavoro sono pubblicati sulla rivista Science.

“Il metodo mostra come, plasmando il platino in forma di fili di dimensioni nanometriche con struttura irregolare dentellata, si creano nuovi tipi di siti catalitici altamente attivi, che riducono le barriere di energia che devono essere superate nelle reazioni elettrochimiche di riduzione dell’ossigeno, accelerandole e aumentando così l’efficienza catalitica”, afferma Alessandro Fortunelli dell’Iccom-Cnr di Pisa, coautore dello studio. “Questo, assieme alla dimensione nanometrica dei fili, che presentano più atomi di platino in superficie anziché all’interno della struttura, fa sì che la quantità di questo metallo prezioso e raro, necessaria per realizzare una cella a idrogeno, si riduca di 50 volte rispetto ai catalizzatori attuali. In questo modo si abbattono molto i costi e in linea di principio, vista l’abbondanza naturale di platino, diventa più fattibile la diffusione a livello globale di celle a idrogeno”.

Le celle a idrogeno sono dispositivi in cui si realizza la reazione controllata di idrogeno e ossigeno per produrre elettricità, generando solo acqua pura come sottoprodotto. “Si tratta di una delle tecnologie più attraenti per risolvere il problema del trasporto su autoveicoli, evitando l’uso dei combustibili di origine fossile come la benzina e quindi l’emissione nell’atmosfera di prodotti della combustione quali anidride carbonica, responsabili di inquinamento e riscaldamento globale”, prosegue il ricercatore dell’Iccom-Cnr. “Le celle a idrogeno per funzionare hanno bisogno di catalizzatori, cioè di sostanze che accelerano le reazioni elettrochimiche, così da produrre l’energia necessaria con potenza sufficiente”.

Al momento i catalizzatori a base di platino sono gli unici che raggiungono efficienze vicine a quelle richieste, ma la quantità di metallo utilizzato è talmente elevata da renderne troppo costosa la diffusione. “Inoltre, usando la tecnologia attualmente disponibile, il platino, pur abbondante in natura, non è sufficiente a consentire la realizzazione delle marmitte catalitiche a idrogeno che sarebbero necessarie. Le principali industrie automobilistiche investono circa duecento milioni di euro all’anno in ricerca per sviluppare veicoli di questo tipo, e uno dei pochi problemi chiave da risolvere è appunto lo sviluppo di catalizzatori più efficienti. In tale contesto, il nostro lavoro è un esempio di come ricerche a livello fondamentale, che come risultato immediato consentono una comprensione microscopica dei processi, permettano poi rilevanti progressi nel campo delle nanotecnologie, con effetti benefici per l’ambiente e la società in generale”, conclude Fortunelli.

ENGLISH

Shaping the platinum in the form of nanowires with serrated uneven surfaces may reduce by 50 times the amount of this precious metal used in the catalysts of the hydrogen fuel cells, making it more simple and economic application of this technology for motor vehicles. It is the findings from an international research team, made up of: Institute of Chemistry of organometallic compounds of the National Research Council of Pisa (Iccom-CNR), University of California, Los Angeles (USA), California Institute of Technology (USA), Tsinghua University (China), Chinese Academy of sciences (China), California State University (USA), Northeastern University (USA) and Lawrence Berkeley National Laboratory (USA). The results of this work are published in the journal Science.

"The method shows how, by shaping the platinum in the form of wires of nanometric dimensions with irregular serrated structure, creating new types of highly active catalytic sites, that reduce the energy barriers that must be overcome in the electrochemical reactions of oxygen reduction, accelerating them and thus increasing the catalytic efficiency ", says Alessandro Fortunelli ICCOM-CNR in Pisa, co-author of the study. "This, together with the nanometric size of the wires, which have more of platinum atoms on the surface rather than within the structure, means that the quantity of this precious and rare metal, required to achieve a hydrogen cell, is reduced by 50 times than current catalysts. In this way it falls very costs and in principle, having regard to the natural abundance of platinum, becomes more feasible the global spread of hydrogen fuel cells. "

The hydrogen fuel cells are devices in which one realizes the controlled reaction of hydrogen and oxygen to produce electricity, generating only pure water as a byproduct. "It is one of the most attractive technologies to solve the problem of transport of motor vehicles, avoiding the use of fossil fuels such as gasoline and thus the emission in the atmosphere of combustion products such as carbon dioxide, responsible for pollution and global warming ", says the researcher ICCOM-Cnr. "The hydrogen fuel cells to operate require catalysts, ie of substances that accelerate the electrochemical reactions, so as to produce the required energy with enough power".

At present catalysts based on platinum are the only ones that reach efficiencies close to those required, but the amount of metal used is so high as to make the spread too expensive. "Furthermore, using currently available technology, the platinum, though abundant in nature, is not sufficient to enable the realization of catalytic converters to hydrogen that would be required. The major automotive companies invest about two hundred million Euros per year in research to develop vehicles of this type, and one of the few key problems to be solved is precisely the development of more efficient catalysts. In this context, our work is an example of how a fundamental level research, which as a direct result allow a microscopic understanding of the processes, then allow significant advances in nanotechnology, with beneficial effects for the environment and society in general " he concludes Fortunelli.

Da:

http://www.galileonet.it/2016/12/nanofili-platino-auto-idrogeno/?utm_campaign=Newsatme&utm_content=Nanofili%2Bdi%2Bplatino%2Bper%2Bauto%2Ba%2Bidrogeno%2Bpi%C3%B9%2Beconomiche&utm_medium=news%40me&utm_source=mail%2Balert