Un nuovo materiale brevettato raggiunge il record mondiale di produzione di idrogeno con la luce solare

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Emiliano Cortés, professore di Fisica Sperimentale e Conversione dell’Energia presso la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), a Monaco di Baviera, in Germania, sta conducendo una ricerca focalizzata sulla produzione fotocatalitica di idrogeno attraverso nanostrutture plasmoniche che possono essere utilizzate per concentrare l’energia solare.

In “Plasmonic Bimetallic Two-Dimensional Supercrystals for H2 Generation”, recentemente pubblicato sulla rivista Nature Catalysis, Cortés, insieme a Matías Herrán, dell’Istituto Fritz Haber di Berlino, e ai partner che collaborano della Libera Università di Berlino e dell’Università di Amburgo, ha presentato un supercristallo bidimensionale che produce idrogeno dall’acido formico utilizzando la luce solare. «Il materiale è così eccezionale che detiene il record mondiale di produzione di idrogeno utilizzando la luce solare», sottolinea Cortés.

Cortés e Herrán utilizzano due metalli diversi in formato nanometrico per il loro supercristallo già brevettato. “Per prima cosa produciamo particelle nell’intervallo 10-200 nanometri da un metallo plasmonico; nel nostro caso l’oro”, spiega Herrán. ù

La luce visibile interagisce molto fortemente con gli elettroni nel metallo e li fa vibrare in modo risonante, in modo che gli elettroni si muovano collettivamente molto rapidamente da un lato all’altro della nanoparticella. Questo crea una sorta di mini-magnete. Gli esperti parlano di momento di dipolo. Di conseguenza, le nanoparticelle catturano più luce solare e la convertono in elettroni ad altissima energia. Questi, a loro volta, aiutano a guidare le reazioni chimiche.

“La disposizione delle nanoparticelle d’oro concentra la luce incidente in modo estremamente efficiente e genera forti campi elettrici locali, i cosiddetti hotspot, che si formano tra le particelle d’oro”, spiega Herrán. Cortés e Herrán hanno posizionato negli spazi vuoti nanoparticelle di platino, un materiale che assorbe scarsamente la luce solare.

“Nei punti caldi, tuttavia, possiamo forzarlo ad aumentare l’assorbimento altrimenti scarso e guidare le reazioni chimiche con l’energia luminosa. Nel nostro caso si tratta della conversione dell’acido formico in idrogeno”, spiega il ricercatore Herràn. Con un tasso di produzione di idrogeno dall’acido formico di 139 millimoli all’ora per grammo di catalizzatore, il materiale fotocatalitico detiene attualmente il record mondiale per la produzione di H2 con la luce solare.

“Le soluzioni di materiali intelligenti come le nostre sono una componente importante per il successo della tecnologia”, affermano i due ricercatori. “Combinando metalli plasmonici e catalitici, stiamo facendo avanzare lo sviluppo di potenti fotocatalizzatori per l’industria. È un nuovo modo di utilizzare la luce solare e un modo che offre il potenziale per altre reazioni, come la conversione della CO2 in sostanze utilizzabili”, concludono Cortés e Herrán.

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