Nuovo sistema fotocatalitico ricava idrogeno dall’acqua
Nei sistemi fotoelettrochimici, l’idrogeno è prodotto da semiconduttori specializzati che usano la luce solare per separare le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno. I materiali semiconduttori usati attualmente per convertire l’energia solare in energia chimica sotto forma di idrogeno sono simili a quelli usati nella generazione fotovoltaica di energia solare. Esiste, tuttavia, una differenza significativa. Per la separazione fotoelettrochimica dell’acqua, gli elettrodi semiconduttori sono immersi in un elettrolita a base d’acqua. Benché i semiconduttori organici offrano una elevata efficienza a un costo inferiore rispetto ai materiali inorganici, essi si corrodono quando sono a contatto con l’acqua. Il progetto PHOCS (Photogenerated hydrogen by organic catalytic systems), finanziato dall’UE, intendeva combinare le caratteristiche fotoassorbenti dei semiconduttori organici con le capacità di trasporto della carica dei semiconduttori inorganici. I ricercatori hanno pertanto depositato uno strato di ossido di titanio nanometrico sui materiali fotosensibili che agisce come una barriera tra l’acqua e i semiconduttori organici. Inoltre, il nanomateriale metallico collega elettricamente gli elettrodi al catalizzatore di platino usato. In questo modo, il sistema fotoelettrochimico di raccolta della luce è diventato più stabile nell’ambiente acqua/elettrolita. Una delle principali sfide del progetto era di dimostrare che i materiali organici possono essere usati per la generazione fotoelettrochimica di idrogeno. Con il nuovo dispositivo, la produzione di idrogeno era mantenuta per tre ore, mostrando così una stabilità che non era mai stata raggiunta in precedenza. Infine, è stato costruito un dispositivo prova di concetto soddisfacendo gli obiettivi di PHOCS in termini di efficienza della fotoconversione. Il dispositivo ha dimostrato chiaramente come le interfacce ibride organico/inorganico, realizzate con tecniche economiche e facilmente allargabili, possono promuovere in modo efficace la produzione di idrogeno usando la luce visibile, l’acqua salata e i catalizzatori non preziosi. I sistemi organico/inorganico sviluppati possono anche essere utilizzati in altre applicazioni foto-elettrochimiche, ad esempio per la riduzione del biossido di carbonio. Sono stati proposti fullereni di nuova sintesi per favorire le reazioni di riduzione dell’ossigeno senza metalli. I risultati di PHOCS possono essere applicati a campi affini come quelli del fotovoltaico, bioelettronica organica, fotorilevamento in condizioni ambientali avverse e tecniche per l’elaborazione di nanostrutture inorganiche. Il progetto contribuirà anche alla transizione dall’attuale modello energetico basato sui combustibili fossili a un modello sostenibile rispettoso dell’ambiente.
Parole chiave
Idrogeno, cella a combustibile, semiconduttore, fotoelettrochimico, PHOCS, ossido di titanio, fullereni
