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Un nuovo catalizzatore per la dissociazione dell’acqua potrebbe migliorare la generazione di idrogeno

Gli scienziati sintetizzano un materiale organico altamente attivo per ottenere combustibile a idrogeno dall’acqua, usando la luce solare.
Un nuovo catalizzatore per la dissociazione dell’acqua potrebbe migliorare la generazione di idrogeno
Essendo sempre più riconosciuto il ruolo dell’idrogeno come vettore energetico sicuro e pulito, la ricerca per la sua produzione, soprattutto da fonti rinnovabili, si è intensificata. Uno dei tanti percorsi per generare idrogeno è la separazione dell’acqua utilizzando la luce solare con l’aiuto di fotocatalizzatori. Parzialmente sostenuti dal progetto DYNAPORE, finanziato dall’UE, i ricercatori hanno sintetizzato un nuovo materiale organico per la produzione di idrogeno solare fotocatalitico o dissociazione dell’acqua. Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate nella rivista «Nature Chemistry».

Secondo un comunicato stampa pubblicato sul sito web dell’Università di Liverpool, il team ha combinato esperimenti e calcolo per lo sviluppo del fotocatalizzatore. La dissociazione dell’acqua fotocatalitica utilizzando la luce solare è considerata una tecnologia promettente in grado di fornire un alto rendimento energetico senza sottoprodotti inquinanti. Questo è possibile solo se l’energia solare può essere raccolta efficacemente, come spiegato nel comunicato stampa. «I materiali inorganici sono meglio conosciuti come catalizzatori per la dissociazione dell’acqua, ma i catalizzatori organici possono anche essere costruiti con elementi che abbondano e sono a buon mercato, come carbonio, azoto e zolfo». Xiaoyan Wang, un dottorando in chimica che ha condotto il lavoro sperimentale presso l’Università, ha dichiarato: «Per ottenere alti tassi di evoluzione dell’idrogeno, è necessaria una buona affinità dell’acqua, un ampio assorbimento della luce, una superficie e una cristallinità elevate. Introducendo tutte queste funzionalità in un unico materiale, abbiamo ottenuto un fotocatalizzatore molto attivo».

Stabilità ed efficienza

Nell’articolo della rivista, i ricercatori hanno notato che in natura vengono utilizzate molecole organiche «per raccogliere luce e per la fotosintesi, ma la maggior parte dei catalizzatori artificiali per la dissociazione dell’acqua sono semiconduttori inorganici». E proseguono: «I fotocatalizzatori organici, pur attraenti per la loro sintonizzazione sintetica, tendono ad avere una bassa efficienza quantica per la dissociazione dell’acqua. Qui presentiamo una struttura organica covalente cristallina (COF) basata su una porzione di molecola benzo-bis (benzothiofene sulfone) che mostra un’attività molto più elevata per l’evoluzione dell’idrogeno fotochimico rispetto alle sue controparti amorfe o semicristalline».

Hanno sottolineato che «la COF è stabile sotto irradiazione visibile a lungo termine e mostra una costante evoluzione fotochimica dell’idrogeno con un donatore di elettroni sacrificale per almeno 50 ore». Gli scienziati hanno attribuito l’elevata efficienza quantica della «COF-solfone-fuso alla sua cristallinità, al suo forte assorbimento della luce visibile e ai suoi mesopori bagnabili e idrofili da 3,2 nm». Ritengono che l’impatto di questi pori sulla struttura abbia portato a «un ulteriore miglioramento del 61 % nel tasso di evoluzione dell’idrogeno fino a 16,3 mmol g-1 h-1. La COF ha anche mantenuto la sua attività fotocatalitica se fusa come una pellicola sottile su un supporto».

Le COF sono recentemente entrate in scena come fotocatalizzatrici molto promettenti dell’evoluzione dell’idrogeno. Si tratta di una classe relativamente nuova di polimeri organici cristallini costituiti da elementi leggeri come ossigeno, boro e azoto e collegati da forti legami covalenti per formare strutture rigide e porose. Il legame covalente si riferisce al legame interatomico che risulta dalla condivisione di una coppia di elettroni tra due atomi. Il potenziale applicativo delle COF in molti campi, tra cui la catalisi, l’elettronica organica e lo stoccaggio dell’energia, le ha resi un interessante tema di ricerca.

Il progetto DYNAPORE (Dynamic responsive porous crystals) che ha fornito finanziamenti per lo studio, si propone di «sviluppare capacità sperimentali e computazionali sinergiche e multidisciplinari per sfruttare la dinamica dei solidi porosi cristallini flessibili per la funzione, dimostrata nella separazione e catalisi», secondo CORDIS. Inoltre, «affronta la visione a lungo termine dei materiali artificiali con la selettività chimica e l’efficienza funzionale prodotta dalla flessibilità strutturale dinamica».

Per maggiori informazioni, consultare:
progetto su CORDIS

Fonte: Sulla base di informazioni relative al progetto e segnalazioni dei media

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