Sarto

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13244 (2023) Citare questo articolo

579 accessi

3 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Per utilizzare efficacemente il glicerolo come combustibile nelle celle a combustibile dirette a glicerolo, è necessario un catalizzatore in grado di rompere il legame C–C e migliorare l'elettroossidazione del glicerolo in CO2. In questa particolare indagine, un nanocomposito di palladio-nichel-stagno elettrodepositato su un elettrodo di carbonio vetroso (PdNiSn/GC) ha mostrato un'eccellente attività verso l'elettroossidazione del glicerolo, grazie all'effetto sinergico della composizione catalitica. La superficie PdNiSn/GC ha generato una corrente di picco (Ip) 2,5 volte superiore a quella ottenuta su un elettrodo Pd/GC, con uno spostamento catodico nel potenziale di inizio (Eonset) di circa 300 mV. Inoltre, la corrente ottenuta sulla superficie PdNiSn/GC è rimasta stabile durante l'elettrolisi continua. Le misurazioni della capacità sono state utilizzate per interpretare i risultati dell'attività elettrocatalitica e la cromatografia liquida ad alte prestazioni ha indicato che i prodotti della reazione di elettroossidazione del glicerolo erano acido ossalico e acido formico, che sono stati successivamente ossidati a CO2, come rivelato dai calcoli della carica . I risultati mostrano che la sinergia tra Pd, β-Ni(OH)2 e SnO2 è cruciale per potenziare GEOR migliorando la scissione del legame C–C e ossidando completamente gli intermedi di reazione in CO2.

La continua espansione delle attività commerciali e il graduale aumento della crescita della popolazione hanno direttamente aumentato la domanda di energia e hanno reso necessaria la ricerca di risorse energetiche alternative ai combustibili fossili. Tra l’altro, l’utilizzo efficiente dei combustibili chimici nelle celle a combustibile ha un grande potenziale per contribuire a sistemi energetici efficienti e a zero emissioni di CO21.

Considerando i diversi tipi di celle a combustibile, le celle a combustibile con membrana elettrolitica polimerica offrono numerosi vantaggi rispetto agli altri tipi di celle a combustibile, ad es. alta densità di energia, rilascio rapido di energia; insensibilità alla CO2 che consente l'uso dell'aria come ossidante e operando a temperature moderate (75–150 °C)2,3.

L'uso di alcoli, in particolare glicerolo, nella cella a combustibile ad alcol diretto è un obiettivo interessante per il combustibile in un tale schema. La reazione di elettroossidazione del glicerolo (GEOR) potrebbe avvenire sulla superficie degli elettrocatalizzatori attraverso l'ossidazione dei suoi gruppi idrossilici per generare energia elettrica4. Inoltre, GEOR produce un'elevata densità di energia teorica di 6 kWh kg−1, non è infiammabile e non volatile5 e ha un basso tasso di crossover attraverso la membrana rispetto al metanolo6. Inoltre, il GEOR selettivo potrebbe produrre intermedi a valore aggiunto. Pertanto, un altro aspetto promettente di GEOR è l'elettrosintesi di molecole a valore aggiunto come; acido glicerico, acido tartronico, mesossalato e 1,3-diidrossiacetone7,8,9.

Il glicerolo è un prodotto comune dell'industria del biodiesel che produce circa centinaia di milioni di chilogrammi di glicerolo ogni anno, rendendolo un carburante disponibile e a basso prezzo10,11,12,13. Inoltre, il glicerolo è considerato una buona fonte per la produzione di idrogeno14,15. La termodinamica descrive che la reazione di elettroossidazione del glicerolo (GEOR) nel compartimento anodico dei DGFC è energeticamente più efficiente della reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) nella cella di elettrolisi per la produzione di idrogeno9,10. GEOR avviene nel compartimento anodico dei DGFC producendo protoni e anidride carbonica mentre i protoni vengono ridotti nel compartimento catodico producendo idrogeno come mostrato in Eqns. 1–311.

Tuttavia, l'ossidazione efficiente e completa del glicerolo in CO2 nelle celle a combustibile dirette a glicerolo (DGFC) rappresenta ancora una grande sfida poiché questo processo è multielettrone e multiprotone che richiede la scissione del legame C–C (grande sfida nell'elettrocatalisi).

L'elettrocatalizzatore Pt era considerato il catalizzatore più efficiente per il DGFC a causa della sua elevata attività16,17,18,19, tuttavia, la produzione dell'avvelenamento intermedio CO sulla sua superficie durante lo schema di ossidazione del glicerolo insieme al suo costo elevato ha limitato il suo utilizzo16,20,21. Ciò ha motivato l'uso di elettrocatalizzatori alternativi, ad esempio Pd, Ag e Ni, al fine di aumentare le prestazioni del DGFC. A questo proposito, gli elettrocatalizzatori a base di Pd sono considerati un buon candidato per il DGFC grazie ai loro vantaggi rispetto agli elettrocatalizzatori a base di Pt16. Il Pd mostra un'attività migliore nei confronti dell'ossidazione degli alcoli in ambiente alcalino rispetto al Pt22,23,24,25. Inoltre, la possibilità di avvelenamento dell'elettrodo da parte del monossido di carbonio adsorbito (COads) in un mezzo alcalino è inferiore rispetto al mezzo acido poiché gli intermedi chemisorbiti si legano debolmente alla superficie del catalizzatore e la quantità di specie avvelenanti è inferiore in mezzo alcalino26.