Un team di ricercatori giapponesi è riuscito ad aumentare l’efficienza della reazione fotocatalitica che scinde l’acqua in idrogeno, creando carburante sostenibile.
Gli scienziati stanno cercando urgentemente fonti di combustibile a basso impatto ambientale, come l’idrogeno, per procedere verso la neutralità del carbonio. Un team di ricercatori della Tohoku University, della Tokyo University of Science e della Mitsubishi Materials Corporation è riuscito ad aumentare la capacità di generare idrogeno senza sottoprodotti nocivi come l’anidride carbonica, consentendo di sfruttare l’idrogeno come una fonte di energia verde più abbondante.
La svolta è stata incrementare l’efficienza della reazione fotocatalitica che scinde l’acqua in idrogeno: “I fotocatalizzatori che scindono l’acqua possono produrre idrogeno (H2) solo da luce solare e acqua, ma finora il processo non è stato ottimizzato a sufficienza per applicazioni pratiche. Se riusciamo a migliorare l’attività, l’idrogeno può essere sfruttato per la realizzazione di una società energetica di prossima generazione” spiega il professor Yuichi Negishi, ricercatore della Tohoku University a capo di questo progetto.
Il nuovo metodo di produzione dell’idrogeno
Il team di ricerca ha stabilito un nuovo metodo di produzione dell’idrogeno che utilizza cocatalizzatori ultrafini di ossido misto di rodio (Rh)-cromo (Cr) (Rh2-xCrxO3), il sito di reazione effettivo e un componente chiave per impedire che l’H2 si riformi con l’ossigeno per produrre nuovamente acqua, con una dimensione delle particelle di circa 1 nm. I cocatalizzatori vengono caricati selettivamente per sfaccettatura cristallina su un fotocatalizzatore (che usa luce solare e acqua per accelerare le reazioni). Studi precedenti non sono stati in grado di realizzare queste due imprese in una singola reazione: un minuscolo cocatalizzatore che può anche essere posizionato su regioni specifiche del fotocatalizzatore.
La dimensione delle particelle più piccola è importante, perché l’attività per quantità di cocatalizzatore caricato migliora notevolmente per via dell’aumento dell’area superficiale specifica del cocatalizzatore. Anche il caricamento selettivo delle faccette è importante, perché altrimenti, i cocatalizzatori posizionati casualmente potrebbero finire sulle faccette del cristallo dove la reazione desiderata non si verifica.
La dimensione delle particelle, la posizione di caricamento e lo stato elettronico del cocatalizzatore nel fotocatalizzatore preparato con il metodo F-NCD (Rh2-xCrxO3/18-STO (F-NCD)) sono stati confrontati con quelli realizzati con il metodo convenzionale. Nel complesso, i fotocatalizzatori prodotti con il nuovo metodo hanno raggiunto un’attività fotocatalitica di scissione dell’acqua 2,6 volte superiore. Il fotocatalizzatore risultante mostra la più alta resa quantica apparente raggiunta fino ad oggi per il titanato di stronzio.
I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sul Journal of the American Chemical Society.
Foto Credit: Yuichi Negishi et al.
