Elettrocatalisi: Una Guida Completa alla Tecnologia e ai Progressi Recenti
L’elettrocatalisi è un processo catalitico che favorisce le reazioni di ossidoriduzione mediante il trasferimento diretto di elettroni. Il termine stesso è stato coniato nel 1936 da N. Kobosev e W. Monblanova, i quali hanno rivelato il ruolo catalitico del catodo durante la reazione dell’idrogeno, descritta inizialmente nel 1905 da Fritz Foerster.
Negli ultimi decenni, l’elettrocatalisi ha conosciuto importanti avanzamenti, soprattutto nel contesto dello sviluppo di dispositivi per la conversione e lo stoccaggio dell’energia, come le celle a combustibile e l’elettrolisi. Questi progressi hanno attirato un vasto numero di studiosi, conducendo a innovazioni rivoluzionarie nel settore.
L’applicazione dell’elettrocatalisi riveste un ruolo essenziale per il futuro delle tecnologie energetiche pulite e sostenibili. Grazie a questo processo, è possibile trasformare molecole come acqua, ossigeno, azoto e biossido di carbonio in materie prime chimiche o combustibili come idrogeno, metano e ammoniaca.
Gli elettrocatalizzatori costituiscono il cuore dell’elettrocatalisi, essendo superfici in cui l’energia chimica si converte in energia elettrica. Questi catalizzatori interagiscono con elettroni, ioni e molecole, scatenando reazioni in siti specifici. La selezione e la modifica delle proprietà di un elettrocatalizzatore sono cruciali e devono tener conto della sua stabilità e selettività.
Analogamente ai catalizzatori tradizionali, gli elettrocatalizzatori influenzano la cinematica di una reazione, accelerandone la velocità e modificandone i percorsi per ridurre l’energia di attivazione. Al contrario dei catalizzatori convenzionali, gli elettrocatalizzatori non subiscono consumo durante il processo.
I metalli di transizione dei periodi quarto, quinto e sesto sono comunemente impiegati come elettrocatalizzatori per la loro elevata efficienza, nonostante presentino svantaggi come bassa selettività, impatto ambientale negativo e scarsa durabilità. In questa prospettiva, i ricercatori stanno orientando le proprie ricerche verso soluzioni alternative, come i catalizzatori a base di carbonio, che siano economicamente vantaggiose, stabili e attive dal punto di vista catalitico.
Una delle reazioni chiave nell’ambito dell’elettrocatalisi è la riduzione dell’ossigeno, cruciale sia per le celle a combustibile che per le batterie ad aria. Il miglioramento di elettrocatalizzatori efficaci, stabili e bifunzionali, ma privi di metalli nobili, è uno dei temi più rilevanti per lo sviluppo sostenibile dei dispositivi di accumulo energetico.
Inoltre, la riduzione elettrochimica dell’anidride carbonica sta acquisendo sempre maggiore importanza nell’elettrocatalisi, poiché si prospetta come un metodo per convertire la CO2 in combustibili o sostanze chimiche di valore. Tuttavia, per questa trasformazione sono necessari catalizzatori selettivi ed efficienti che costituiscono un’area di ricerca in costante evoluzione.