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Difetti superficiali per fotocatalizzatori ad alta efficienza

Derivando da una fonte di energia rinnovabile, senza produrre rifiuti, la luce del Sole è l’ideale per una sintesi chimica rispettosa dell’ambiente. I fotocatalizzatori ad alte prestazioni consentiranno di ottenere davvero una chimica sostenibile e una produzione di materie prime più efficiente, con minore impatto ambientale.
Difetti superficiali per fotocatalizzatori ad alta efficienza
Una migliore comprensione dei processi fondamentali relativi ai meccanismi di reazione chimica rappresenta la chiave per lo sviluppo di fotocatalizzatori più efficienti. Le reazioni fotocatalitiche sono ottenute in maniera migliore grazie all’allineamento a livello elettronico tra il catalizzatore e il reagente. Questo allineamento a livello di energia dipende fortemente dalla morfologia del catalizzatore e dal sito di assorbimento del reagente, ma rimane ancora poco compreso a causa della difficoltà di studiare tali processi in quanto alla propria scala molecolare fondamentale.

Le straordinarie proprietà ottiche ed elettriche dei dicalcogenuri monostrato relativi ai metalli di transizione (TMDC, transition metal dichalcogenide) li rendono candidati ideali per l’utilizzo in ambito di fotocatalisi. I difetti superficiali nei semiconduttori 2D in TMDC possono modificare il trasporto di carica o introdurre il ferromagnetismo. I difetti 1D, come per esempio bordi di grano e bordi possono alterare le proprietà elettroniche e ottiche ed introdurre funzionalità magnetiche o catalitiche.

All’interno del progetto PHOTOSTM (Investigating photo catalytic reactions at the molecular scale), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno combinato microscopia e spettroscopia ad alta risoluzione al fine di migliorare la comprensione della struttura elettronica del sottile semiconduttore in seleniuro di molibdeno (MoSe2).

Il team ha dimostrato l’esistenza di onde di densità di carica1D isolate sui piani di geminazione (MTB, mirror twin boundaries), intrinseci al monostrato di MoSe2. Le misurazioni relative a microscopia e spettroscopia hanno rivelato una banda larga a livello di energia di Fermi della struttura. Gli scienziati hanno riportato una modulazione periodica nella densità degli stati MTB sopra e sotto il livello di Fermi, coerente con l’ordine dell’onda di densità di carica. I calcoli relativi alla teoria del funzionale di densità hanno riprodotto sia l’intervallo del gap che le modulazioni della densità relativa agli stati.

Il progetto PHOTOSTM ha evidenziato che i difetti nei monostrati TMDC possono avere un impatto significativo sullo sviluppo di nuovi materiali foto-attivi, contribuendo a personalizzare nuove proprietà.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Difetti superficiali, fotocatalizzatori, chimica sostenibile, PHOTOSTM, piano di geminazione