Sintesi e caratterizzazione del piombo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12531 (2023) Citare questo articolo

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Le strutture metallo-organiche (MOF) sono una classe di materiali porosi caratterizzati da robusti legami tra ligandi organici e ioni metallici. Le strutture metallo-organiche (MOF) presentano caratteristiche significative come elevata porosità, ampia area superficiale ed eccezionale stabilità chimica, a condizione che i componenti costitutivi siano meticolosamente selezionati. Una struttura metallo-organica (MOF) contenente piombo e ligandi derivati ​​dall'acido 4-amminobenzoico e dalla 2-carbossibenzaldeide è stata sintetizzata utilizzando la metodologia sonochimica. I cristalli prodotti sono stati sottoposti a varie tecniche analitiche come la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR), la diffrazione di raggi X su polveri (PXRD), la microscopia elettronica a scansione (SEM), i raggi X a dispersione di energia (EDX), Brunauer-Emmett –Teller (BET) e analisi termica. L'analisi BET ha prodotto risultati che indicano che un'area superficiale è risultata pari a 1304,27 m2 g−1. Il volume totale dei pori è stato stimato pari a 2,13 cm3 g−1 con una dimensione media dei pori di 4,61 nm., rendendoli altamente vantaggiosi per una vasta gamma di applicazioni pratiche. L'attività dell'elettrodo Pb-MOF modificato è stata impiegata per applicazioni di scissione dell'acqua. L'elettrodo ha raggiunto la densità di corrente di 50 mA cm−2 con un sovrapotenziale di −0,6 V (rispetto a RHE) per lo sviluppo di idrogeno e 50 mA cm−2 con un sovrapotenziale di 1,7 V (rispetto a RHE) per lo sviluppo di ossigeno.

La reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) è un processo che produce gas idrogeno dall'acqua applicando una corrente elettrica. L'idrogeno è un vettore energetico pulito e rinnovabile che può essere utilizzato per varie applicazioni, come celle a combustibile, produzione di energia e sintesi chimica1,2,3,4,5,6,7. HER riduce la dipendenza dai combustibili fossili, che sono le principali fonti di emissioni di gas serra e di inquinamento atmosferico8. Utilizzando l’acqua come materia prima, HER evita l’estrazione e il trasporto di combustibili fossili, che hanno effetti negativi sugli ecosistemi e sulla salute umana, inoltre, HER consente l’integrazione di fonti di energia rinnovabile, come quella solare ed eolica, nel sistema energetico9. Le fonti energetiche rinnovabili sono intermittenti e variabili, il che pone sfide alla stabilità della rete e allo stoccaggio. Convertendo l’elettricità rinnovabile in eccesso in idrogeno10. HER può bilanciare la domanda e l'offerta di elettricità e immagazzinare energia per un uso successivo. Inoltre, HER sostiene lo sviluppo di un’economia circolare, può utilizzare le acque reflue o l’acqua di mare come fonti d’acqua, riducendo così il consumo di acqua dolce e trattando le acque reflue. Inoltre, HER può utilizzare l’anidride carbonica come co-reagente per produrre combustibili sintetici o sostanze chimiche, mitigando così le emissioni di carbonio e creando prodotti a valore aggiunto11,12. Pertanto, HER è una tecnologia promettente che può contribuire alla transizione verso una società sostenibile e a basse emissioni di carbonio13.

Il processo elettrocatalitico è considerato una tecnica essenziale ampiamente utilizzata in varie applicazioni come sensori, celle a combustibile, celle solari e applicazioni di scissione dell'acqua14,15,16,17,18,19. Una delle strategie promettenti per produrre combustibile a idrogeno pulito è l’evoluzione elettrocatalitica dell’idrogeno (EHE), che prevede la scissione delle molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando una corrente elettrica. Tuttavia, l'EHE richiede catalizzatori efficienti e stabili che possano facilitare la reazione a basse sovrapotenziali e alte densità di corrente20,21,22,23. Il notevole interesse per le strutture metallo-organiche (MOF) deriva dalle loro eccezionali caratteristiche, tra cui un'ampia area superficiale, dimensione dei pori regolabile, posizionamento preciso del metallo e struttura cristallina ben organizzata, come riportato in letteratura24,25. I materiali MOF sono riconosciuti come catalizzatori elettrochimicamente attivi ampiamente utilizzati in applicazioni elettrochimiche come celle a combustibile, batterie al litio26,27,28, supercondensatori29,30,31 e scissione dell'acqua32,33. Ciò è in accordo con studi precedenti34,35,36. È stato segnalato che l'utilizzo di MOF come substrato per l'elettroossidazione dell'urea è efficace nella rimozione dell'urea. Ciò è attribuito all'ampia superficie del substrato, all'abbondanza di siti di adsorbimento, all'elevata capacità di trasferimento di carica e alla notevole cristallinità, come documentato in studi precedenti37,38,39,40.