O descoperire revoluționară în domeniul energiei regenerabile a dus la dezvoltarea unui catalizator pe bază de fier rentabil și foarte eficient pentru oxidarea apei. Această inovație imită fotosinteza desfășurată de plante, fără a fi limitată de costurile ridicate ale catalizatorilor metalici. Noul complex cu fier polimerizat (poli-Fe5-PCz) se bucură de o stabilitate excepțională și de o eficiență aproape perfectă, fiind excelent pentru producerea hidrogenului.
Oxidarea apei ca sursă de energie regenerabilă
Oxidarea apei este un proces-cheie în domeniul energiei regenerabile, în special pentru producerea oxigenului și fotosinteza artificială. Prin scindarea apei în hidrogen și oxigen, procesul reprezintă o sursă curată și durabilă de energie.
Cu toate acestea, replicarea eficienței și stabilității fotosintezei naturale cu ajutorul catalizatorilor artificiali, mai ales în medii apoase, rămâne o provocare majoră. Catalizatorii fabricați din metale rare, precum ruteniul, sunt foarte eficienți, însă costurile lor ridicate și cantitățile limitate fac impractică utilizarea lor la scară industrială.
Pentru a depăși acest obstacol, cercetătorii de la Institutul de Știință din Tokyo, Japonia, au dezvoltat un catalizator mai ieftin și mai sustenabil utilizând doar metale disponibile pe scară largă. Rezultatele studiului lor a fost publicat în revista Nature Communications.
Catalizatorul cu fier pentanuclear
Studiul introduce un nou complex de fier pentanuclear (Fe5-PCz(ClO4)3), care prezintă un situs catalitic activ pe bază de complex multinuclear. Prin polimerizarea electrochimică a acestui complex de fier se creează un polimer ce îmbunătățește activitatea electrocatalitică și stabilitatea pe termen lung.
Cercetătorii au sintetizat complexul Fe5-PCz(ClO4)3 utilizând reacții organice precum bromurarea, substituția nucleofilă, reacțiile de cuplare Suzuki și reacțiile de complexare ulterioare. Complexul sintetizat a fost caracterizat cu ajutorul spectrometriei de masă și al analizei structurale cu raze X.
Capacitatea de transfer de sarcină și performanța electrocatalitică a poli-Fe5-PCz au fost evaluate prin intermediul spectroscopiei cu impedanță electrochimică și gaz-cromatografie (pentru cuantificarea oxigenului).
Performanțe și stabilitate excelente
Rezultatele s-au dovedit a fi foarte promițătoare. Poli-Fe5-PCz a atins o eficiență de 99% în mediul apos, ceea ce înseamnă că aproape tot curentul aplicat a contribuit la generarea oxigenului. Sistemul a mai manifestat o robustețe superioară.
În plus, poli-Fe5-PCz a demonstrat un potențial ridicat de stocare a energiei și o compatibilitate îmbunătățită în privința electrozilor, ceea ce face sistemul potrivit pentru gamă largă de aplicații în domeniul energiei regenerabile.
Sursa: SciTechDaily