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REshaping Photocatalysis via Light-Matter hYbridization in Plasmonic Nanocavities

Descrizione del progetto

Ibridazione luce-materia per una nuova catalisi guidata dalla luce

Negli ultimi decenni, gli esperimenti con atomi o molecole accoppiati alla luce tramite cavità ottiche hanno dato forma a nuovi regimi di interazioni luce-materia. Nel limite di accoppiamento forte, caratterizzato da uno scambio di energia reversibile tra luce e materia, si possono formare nuovi stati con carattere ibrido, che portano a proprietà materiali ancora inosservate. Il progetto REPLY, finanziato dall’UE, prevede di ripartire il controllo su questa ibridazione attraverso architetture nanofotoniche sapientemente progettate per creare un nuovo scenario energetico all’interno dei fotocatalizzatori semiconduttori. Ciò permetterà di controllare con precisione le fotoreazioni per la conversione da solare a idrogeno attraverso la scissione dell’acqua, rimodellando la chimica guidata dalla luce solare e aumentando considerevolmente la sua efficacia.

Obiettivo

Life on Earth relies to a large extent on light-matter interactions. Photosynthesis is indeed a brilliant example of chemistry driven by light, which, as almost any naturally occurring interaction is optimized for the preservation of life. With the study of photocatalysis mankind targets to copy such natural processes, adapting them to the production of energy. In this context, REPLY represents an effective solution to impart control and acceleration on photoreactions for solar-to-fuel conversion via water splitting. To improve device efficiencies and to create new paradigms in semiconductor-based photocatalytic technology, here we propose to strengthen the coupling between light and photocatalysts, by exploiting the outstanding capabilities of plasmonic architectures in manipulating the electromagnetic radiation at the nanoscale. Precisely, a new energy landscape inside the semiconductor photocatalyst can be created via light/matter hybridization in the strong-coupling regime. This will ensure the effective control of the junction barrier height at the semiconductor/co-catalyst interface and a paradigmatic redefinition of the energetics and charge-transfer characteristics at solid/liquid heterojunctions. The proposed approach is readily converted to cost-effective semiconductor/co-catalyst ensembles in order to achieve photocatalytic activities comparable or even superior to the ones of “golden benchmarking systems”, typically based on toxic and/or unaffordable noble metals. The project identifies three objectives to reach the final goal of fabricating photo(electro)catalytic devices based on strong coupling regime: I) the realization of a new class of adaptive heterojunctions via light-matter hybridization; II) the understanding of the photophysical mechanisms that regulate the system architecture; III) the fabrication and characterization of a novel efficient photo(electro)catalyst prototype for solar-to-hydrogen conversion.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-COG - Consolidator Grant

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2020-COG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI GENOVA
Contributo netto dell'UE
€ 435 625,00
Indirizzo
VIA BALBI 5
16126 GENOVA
Italia
Regione
Centro (IT) Lazio Roma
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 435 625,00

Beneficiari (2)