Tecnologia

Un gruppo di ricerca ha trovato il modo di ridurre la quantità di platino contenuto nei catalizzatori in singoli atomi, aumentandone l’efficienza

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Iom-Cnr), della Scuola internazionale superiore di studi avanzati di Trieste (Sissa) e del centro Democritos, con la collaborazione di altre istituzioni, ha creato un materiale che riesce a ridurre ai singoli atomi il platino usato nei catalizzatori, e a mantenerli separati tra di loro.
Il platino è uno dei costosi metalli usati come catalizzatori nelle nuove tecnologie che servono per i processi chimici industriali, le fonti di energia rinnovabile, la riduzione dell’inquinamento e tanto altro ancora. In particolare, viene usato per le celle a combustibile, dispositivi che trasformano l’energia chimica in elettrica, senza passare attraverso la combustione.

La ricerca dimostra che l’efficienza maggiore si ottiene quando il catalizzatore è disponibile in forma di nano-particelle (sotto la dimensione di 10-9 m). In parole povere, più è disperso e più piccole sono le particelle, più il materiale è disponibile per il processo di catalisi. Purtroppo, le leggi della termodinamica spingono le particelle ad attaccarsi le une alle altre formando aggregati più grandi e questo è il motivo per cui il materiale con il passar del tempo diventa più scadente. Il gruppo di scienziati Iom-Cnr/Sissa, con la collaborazione dell’Univerzita Karlova di Praga, ha studiato il modo di produrre granuli di platino così piccoli da essere costituiti da un solo atomo e di mantenerli dispersi in maniera stabile, sfruttando le proprietà del substrato sul quale poggiano.

“Il lavoro teorico ha dimostrato che le discontinuità del substrato chiamate step (gradini), osservate negli esperimenti effettuati presso Sincrotrone Trieste, tendono ad attirare le nanoparticelle e a disgregarle, facendo sì che vi restino letteralmente attaccate in forma atomica”, spiega Stefano Fabris, ricercatore Iom-Cnr Sissa. “Le particelle incollate ai gradini non erano più visibili nemmeno con il microscopio a risoluzione atomica”, spiega Nguyen-Dung Tran, uno studente di PhD della Sissa. “Tuttavia, la loro presenza veniva rilevata dalla spettroscopia: quindi erano presenti, ma non libere di muoversi e invisibili”.
“Le nostre simulazioni al computer hanno risolto questo dilemma, dimostrando che le particelle sugli step si riducono a singoli atomi”, aggiunge Matteo Farnesi Camellone Iom-Cnr, altro autore del lavoro.
 “Ridurre la quantità di platino usata negli elettrodi delle celle a combustibile è prioritario, non solo per ridurre i costi ma anche in una prospettiva di sostenibilità ambientale, come indicano anche le recenti direttive europee”, conclude Fabris. Il progetto europeo ChipCat, che ha finanziato questa ricerca, è mirato proprio a questo scopo.