La reazione di evoluzione dell’idrogeno (HER) costituisce un processo elettrochimico fondamentale per la produzione sostenibile di idrogeno gassoso mediante la scissione elettrochimica dell’acqua. Con l’espansione delle energie rinnovabili, l’elettrolisi dell’acqua si configura come una strategia promettente per ottenere idrogeno, impiegabile sia nei motori a combustione interna sia nelle celle a combustibile (Wikipedia, Elettrolisi) .

Principi dell’Elettrolisi

Nel processo di elettrolisi, l’acqua viene ridotta al catodo per generare H₂ e ossidata all’anodo per produrre O₂. Tale procedura è intrinsecamente limitata dalla lenta cinetica sia della reazione di evoluzione dell’idrogeno sia di quella dell’ossigeno, il che rende necessaria l’impiego di catalizzatori attivi, stabili ed economici per migliorare l’efficienza complessiva della scissione dell’acqua (Wikipedia, Elettrolisi dell’acqua) .

Fasi della Reazione di Evoluzione dell’Idrogeno

La reazione di evoluzione dell’idrogeno è caratterizzata dal trasferimento di due elettroni e dalla formazione dei legami H–H. In ambienti acidi, il meccanismo tipico può includere la fase iniziale di adsorbimento degli ioni H⁺ (fase di Volmer), seguita dalla loro combinazione mediante la reazione di Heyrovsky oppure la reazione di Tafel. Nei sistemi alcalini, la dissociazione dell’acqua rappresenta il passaggio limitante, influenzando notevolmente il percorso cinetico (Wikipedia, Reazioni Elettrochimiche) .

Catalizzatori

Il superamento delle sfide termodinamiche e cinetiche della scissione elettrolitica dell’acqua richiede l’uso di catalizzatori adeguati. Sebbene i metalli nobili come il platino e il palladio abbiano mostrato prestazioni eccezionali, il loro elevato costo ne limita l’applicazione su larga scala. La ricerca attuale si orienta verso lo sviluppo di elettrocatalizzatori privi di metalli nobili, sfruttando leghe di metalli di transizione, carburi e fosfuri, che offrono un buon compromesso tra attività catalitica, stabilità ed economicità (Wikipedia, Catalizzatori) .

Elettroliti

La scelta dell’elettrolita gioca un ruolo determinante nell’efficienza della reazione elettrochimica. Elettroliti con diversi valori di pH e solventi – da quelli acidi (ad esempio acido solforico e cloridrico) a quelli alcalini (come idrossido di sodio e potassio) – influenzano significativamente le dinamiche della reazione. Studi recenti hanno anche preso in esame elettroliti solidi e liquidi ionici, riconosciuti per la loro elevata conduttività e altre proprietà favorevoli (Wikipedia, Elettrolita) .

Influenza del pH

Il pH dell’elettrolita incide direttamente sull’attività degli elettrocatalizzatori. In ambienti acidi, la reazione di evoluzione dell’idrogeno procede rapidamente, sebbene la velocità possa essere limitata dalla diffusione degli ioni idrogeno. In sistemi alcalini, pur presentando una cinetica più lenta, si favorisce l’impiego di catalizzatori a basso costo, poiché la ridotta attività elettrocatalitica in tali condizioni viene in parte compensata dalla maggiore disponibilità di materiali non nobili. Inoltre, a pH neutro si osserva una velocità di produzione di idrogeno relativamente elevata, sebbene ciò richieda una sovratensione maggiore per superare le barriere energetiche (Wikipedia, pH) .

Conclusioni

Il continuo sviluppo di catalizzatori e la scelta oculata degli elettroliti rappresentano aspetti critici per migliorare l’efficienza della reazione di evoluzione dell’idrogeno. L’ottimizzazione di tali parametri è essenziale per rendere l’elettrolisi dell’acqua una soluzione industrialmente sostenibile ed economicamente vantaggiosa per la produzione di idrogeno, favorendo così la transizione verso un sistema energetico più pulito e rinnovabile.

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