Oro nanoporoso per applicazioni elettrochimiche

I materiali nanoporosi hanno suscitato crescente interesse, sia per la facilità con cui si possono ottenere i pori controllandone la dimensione, sia per le svariate proprietà che rendono questi materiali importati per diverse applicazioni quali setacci molecolari, sensori o catalizzatori. L'oro nanoporoso fa parte di questa nuova classe di materiali: il prefisso ¿nano¿ si utilizza per materiali che hanno pori di dimensioni fra gli 1 e 100 nm. L'oro nanoporoso (np-Au) è un materiale metallico nanostrutturato dotato di alta area superficiale. La sua importanza è cresciuta negli anni essendo impiegato come elettrodo per le sue ottime proprietà catalitiche e come substrato per la spettroscopia SERS. È prodotto mediante un trattamento di dealligazione chimica o elettrochimica di una lega di opportuna composizione. Durante la dealligazione, gli elementi meno nobili della lega vengono disciolti in soluzione mentre il più nobile, in questo caso l'oro, si riorganizza mediante diffusione superficiale in una struttura porosa continua costituita da pori e legamenti. Dimensioni di pori e legamenti possono variare in funzione delle condizioni di dealligazione quali tempo di trattamento, temperatura, composizione e concentrazione dell'elettrolita. La composizione della lega di partenza e la sua struttura, amorfa o cristallina, rivestono anch'esse un ruolo importante per dimensionare legamenti e porosità. In questa tesi viene trattata la produzione di oro nanoporoso mediante dealligazione e la sua applicazione in ambito elettro-catalitico facendo particolare attenzione al tema del water splitting e alla reazione di evoluzione di idrogeno (HER). Vengono inoltre riportati i dati ottenuti da un esperimento di HER eseguito in laboratorio su un elettrodo di oro nanoporoso e confrontato con uno di platino. Come documentato dalla letteratura np-Au è ancora oggetto di numerosi studi. Infatti l'utilizzo dei materiali nanoporosi permette di avere proprietà catalitiche migliori rispetto al materiale compatto. Uno dei maggiori vantaggi nell'uso dell'oro nanoporoso come catalizzatore è il minor costo rispetto al platino, catalizzatore per eccellenza nella reazione di evoluzione di idrogeno. Dall'esperimento descritto si dimostra come l'oro nanoporoso possa essere un valido sostituto del platino per l'evoluzione d'idrogeno ma, allo stesso tempo, si rileva come il processo debba ancora essere migliorato per ottenere campioni con proprietà catalitiche che si avvicinino ulteriormente a quella del Pt. Nell'ultimo decennio si sono fatti progressi significativi nell'esplorazione di nuovi catalizzatori per HER che fossero abbondanti, non costosi, e non tossici includendo leghe metalliche, calcogenuri, nitrati, fosfati, borati e carburi. La realizzazione di elettrodi ibridi costituiti da np-Au come substrato conduttivo ad alta area superficiale e catalizzatori più attivi per HER come quelli citati in precedenza potrebbero rappresentare un buon compromesso tra efficienza e costi. Lo stimolo in questo campo deriva principalmente dall'interesse a produrre fuel cells ed elettrolizzatori. Basandosi su queste tecnologie, l'utilizzo dell'idrogeno come fonte di energia rinnovabile può essere realizzata. Questo è il futuro dell'energia che sarà pulita e sostenibile permettendo l'ulteriore sviluppo della società umana.