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Elettrocatalisi

1960
Ricerca sull'elettrocatalisi in laboratorio con allestimento di celle elettrochimiche.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

L'elettrocatalisi è una forma specifica di catalisi che accelera la velocità delle reazioni elettrochimiche che avvengono sulla superficie di un elettrodo. È un sottocampo della catalisi e dell'elettrochimica. Gli elettrocatalizzatori sono fondamentali per aumentare l'efficienza e ridurre i costi di produzione. sovrapotenziale (la tensione supplementare necessaria per pilotare una reazione a una velocità ragionevole) per le principali reazioni di conversione energetica.

L'elettrocatalisi è fondamentalmente legata alla catalisi eterogenea, ma con l'aggiunta di un potenziale elettrico applicato che controlla la forza motrice della reazione. Il catalizzatore è il materiale stesso dell'elettrodo o una sostanza rivestita su di esso. La sua funzione è quella di abbassare l'energia di attivazione per le fasi di trasferimento degli elettroni. Un parametro chiave delle prestazioni di un elettrocatalizzatore è il potenziale eccessivo ([latex]\eta[/latex]), definito come la differenza tra il potenziale termodinamico e il potenziale effettivo necessario per ottenere una certa densità di corrente. Un elettrocatalizzatore efficiente riduce al minimo [latex]\eta[/latex].

Le prestazioni vengono spesso analizzate utilizzando un diagramma di Tafel, che mostra una relazione lineare tra il logaritmo della densità di corrente ([latex]log(j)[/latex]) e l'overpotential ([latex]\eta[/latex]). La pendenza di questo grafico, la pendenza di Tafel, fornisce indicazioni sul meccanismo di reazione. Ad esempio, la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) e la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) sono notoriamente lente e richiedono grandi sovrappotenziali. Lo sviluppo di elettrocatalizzatori economici, abbondanti ed efficienti (ad esempio, alternativi al platino) per queste reazioni è un obiettivo importante nella ricerca sulle energie rinnovabili, poiché sono fondamentali per tecnologie come gli elettrolizzatori d'acqua, le celle a combustibile e le batterie metallo-aria. Anche in questo caso vale il principio di Sabatier, secondo il quale il catalizzatore ideale non lega gli intermedi né troppo fortemente né troppo debolmente.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Chimica fisica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Le leggi dell'elettrolisi di Michael Faraday
  • Il lavoro di Walther Nernst sulla termodinamica delle celle elettrochimiche
  • La scoperta di Julius Tafel della relazione tra corrente e sovrapotenziale
  • sviluppo del potenziostato per misure elettrochimiche

Applicazioni

  • celle a combustibile (ad esempio, reazioni di ossidazione dell'idrogeno e di riduzione dell'ossigeno)
  • elettrolizzatori ad acqua per la produzione di idrogeno
  • elettrosintesi di sostanze chimiche
  • prevenzione della corrosione
  • sensori elettrochimici

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: elettrocatalisi, elettrochimica, sovrappotenziale, cella a combustibile, scissione dell'acqua, elettrodo, diagramma di Tafel, reazione di evoluzione dell'ossigeno, trasferimento di elettroni, densità di corrente.

Contesto storico

Elettrocatalisi

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1960-05-16
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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