Am 19. Dezember 2024 gab ein Team des Nationalen Forschungsrats Italiens die Entwicklung eines neuen kostengünstigen, hocheffizienten Katalysators namens 'NiGraf' für die elektrolytische Wasserstoffproduktion aus Wasser bekannt. Diese Forschung, die in Cell Reports Physical Science veröffentlicht wurde, umfasst die Zusammenarbeit von Forschern des Instituts für Kristallographie in Bari, des Instituts für organometallische Verbindungen in Florenz und des Instituts für die Untersuchung nanostrukturierter Materialien in Palermo.
Das innovative Gerät kapselt eine Graphenoxidstruktur im kristallinen Gitter von nickelbasierten Nanopartikeln ein. Dieses Design verbessert die Wechselwirkung zwischen Graphen und dem Nickel-Kristallgitter, was die Effizienz und Stabilität des Katalysators erhöht. Rocco Caliandro, der Hauptautor der Studie, hob den kooperativen Effekt hervor, der aus der einzigartigen strukturellen Integration resultiert.
Darüber hinaus entwickelte das Forschungsteam eine neue Methode zur Untersuchung des Katalysators unter Betriebsbedingungen mit dem hochintensiven Röntgenstrahl des Brookhaven National Laboratory in den Vereinigten Staaten. Dieser Fortschritt ermöglicht ein atomare Verständnis der Prozesse, die innerhalb einer elektrolytischen Zelle ablaufen, was entscheidend für die Entwicklung neuer Elektrokatalysatoren zur Wasserstoffproduktion ist.
Weltweit werden jährlich etwa 60 Millionen Tonnen Wasserstoff produziert, von denen 600.000 Tonnen durch elektrolytische Wasserspaltung unter Verwendung von nickelbasierten Elektroden gewonnen werden. Wenn der Strom für diesen Prozess aus erneuerbaren Quellen stammt, wird der resultierende Wasserstoff als 'grüner Wasserstoff' klassifiziert, der in Brennstoffzellen wieder in Wasser umgewandelt werden kann, um gespeicherte Energie freizusetzen. Kostengünstige Elektrolyse gilt als Schlüsseltechnologie für den Energiewandel, die die Entwicklung effizienterer und langlebigerer Katalysatormaterialien erfordert.
Die Forschung wurde im Rahmen des nationalen Wiederaufbau- und Resilienzplans (PNRR) als Teil von Wasserstoffforschungsinitiativen finanziert. Die Autoren schlossen, dass dieser Erfolg die Bedeutung großer nationaler Projekte unterstreicht, um die notwendige kritische Masse für bedeutende wissenschaftliche Fortschritte in Italien zu schaffen.