CuCo2O4 come catalizzatore multitasking per la produzione sostenibile di idrogeno

Growing global energy demand requires the development of alternative, clean, and renewable resources. In this context, water splitting emerges as a promising approach for sustainable hydrogen production. However, high freshwater consumption limits the large-scale application of this process, especially in arid regions. To overcome this challenge, Direct Feed Seawater Electrolysis (DFSE) is proposed as a viable alternative for large-scale hydrogen production. The anodic process, conducted in alkaline aqueous solutions, requires extra energy input, which significantly increases hydrogen production costs. An innovative solution consists in the use of solutions containing organic compounds derived from biomass, characterized by significantly lower oxidation potentials than water, thus allowing considerable energy savings. It is therefore essential to develop catalysts based on abundant and inexpensive materials that guarantee high efficiency and stability. Bimetallic oxides offer a promising alternative thanks to their versatility and the possibility of controlling their size and shape at the nanometric level. This thesis focuses on the preparation of a binary oxide based on Co and Cu. The synergy between these elements allows the benefits of the individual constituents to be exploited effectively, improving the properties of the material as an anode both in seawater splitting processes and in aqueous solutions containing alcohols, resulting in the electrochemical production of hydrogen.

La crescente domanda energetica globale richiede lo sviluppo di risorse alternative, pulite e rinnovabili. In questo contesto, la scissione dell'acqua emerge come un approccio promettente per la produzione di idrogeno sostenibile. Tuttavia, l'elevato consumo di acqua dolce limita l'applicazione su larga scala di questo processo, specialmente in regioni aride. Per superare questa sfida, l'elettrolisi diretta dell'acqua di mare (DFSE - Direct Feed Seawater Electrolysis) si propone come un'alternativa valida per la produzione di idrogeno su vasta scala. Il processo anodico, condotto in soluzioni acquose alcaline, richiede un apporto energetico extra che aumenta significativamente i costi di produzione dell'idrogeno. Una soluzione innovativa consiste nell'utilizzo di soluzioni contenenti composti organici derivati da biomasse, caratterizzati da potenziali di ossidazione notevolmente inferiori rispetto all'acqua, consentendo così un considerevole risparmio energetico. È fondamentale, quindi, sviluppare catalizzatori basati su materiali abbondanti ed economici che garantiscano elevata efficienza e stabilità. Gli ossidi bimetallici offrono una promettente alternativa grazie alla loro versatilità e alla possibilità di controllarne dimensioni e forma a livello nanometrico. Questo lavoro di tesi è focalizzato sulla preparazione di un ossido binario a base di Co e Cu. La sinergia tra questi elementi consente di sfruttare efficacemente i benefici dei singoli costituenti, migliorando le proprietà del materiale come anodo sia nei processi di scissione dell'acqua di mare che in soluzioni acquose contenenti alcoli, con conseguente produzione elettrochimica di idrogeno.