La dissociazione dell’acqua diventa più semplice
Lo schema Z è un processo mediante il quale la fotosintesi nelle piante scinde l’acqua in idrogeno e ossigeno attraverso la luce. Lo schema Z è costituito da due fotosistemi, abbreviati come PSI e PSII. Gli elettroni rimossi dall’acqua nel sistema PSII vengono trasferiti al livello molecolare occupato più elevato del sistema PSI. Mentre gli elettroni fotogenerati nel sistema PSI partecipano alla riduzione di protoni per produrre idrogeno, le lacune del sistema PSII ossidano le molecole di acqua, producendo ossigeno. Il progetto HETMAT (Heterostructure nanomaterials for water splitting), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di sintetizzare nanomateriali per la dissociazione dell’acqua attraverso un processo di progettazione migliorato e razionale. I ricercatori hanno progettato un sistema che imita l’efficiente dissociazione dell’acqua dovuta della fotosintesi delle piante verdi. Il progetto HETMAT ha imitato questo cosiddetto schema Z con l’intento di generare idrogeno in modo più efficiente. Per progettare con successo nuovi nanomateriali, i ricercatori hanno apportato diverse modifiche all’attuale schema Z. Con l’obiettivo di soddisfare importanti requisiti tecnici, il team di ricerca HETMAT ha progettato un’interfaccia tra due diversi nanomateriali e ha quindi sintetizzato un singolo materiale. I ricercatori hanno ulteriormente modificato lo schema Z in modo selettivo, depositando nanoparticelle metalliche sulle fasi di semiconduttori. Il progetto HETMAT ha studiato vari materiali semiconduttori e ne ha utilizzati alcuni in forma di pellicole sottili nanostrutturate, mentre altri sono stati usati in forma di nanoparticelle. I ricercatori hanno studiato materiali come l’ossido di zinco (ZnO), lo ZnO ricoperto di argento, il triossido di tungsteno, l’ossido di ferro, l’ossido di rame (CuO) e altri. Un aspetto fondamentale dello studio riguarda il fatto che i ricercatori hanno adottato un approccio unico per la realizzazione di pellicole sottili di alogenuro di rame e per la loro conversione in pellicole sottili di CuO. Il progetto HETMAT ha dimostrato per la prima volta l’elettrodeposizione di sottili pellicole di cloruro di rame e ha colmato i dettagli mancanti in letteratura. Oltre all’analisi dell’efficiente fotocatalisi attraverso semiconduttori noti, i ricercatori hanno scoperto un nuovo semiconduttore a base di vanadato di tellururo di piombo. Essi hanno sviluppato questo materiale che può essere utilizzato per molte applicazioni, incluso il drogaggio relativo a catione o anione. La bassa temperatura di sintesi può essere un vantaggio per le applicazioni industriali dove si richiede tale caratteristica. Questi risultati fungeranno da spinta per l’attività fotocatalitica dei nanomateriali, per una dissociazione dell’acqua complessiva avente un rendimento quantico superiore al 6,3 % a 420 nm. Questo lavoro sarà commercializzato attraverso sistemi di modelli combinati con metodi sintetici analizzati per via umida, al fine di preparare i nanomateriali in maniera più semplice.
Parole chiave
Dissociazione dell’acqua, nanomateriali, schema Z, HETMAT, materiali semiconduttori, pellicole sottili nanostrutturate
