Innovativo fotocatalizzatore per la produzione di idrogeno verde: una scoperta dell'Oregon State University

RomeRicercatori della Oregon State University hanno sviluppato un nuovo materiale capace di produrre in modo efficiente energia pulita sfruttando la luce solare e l'acqua. Questo materiale funge da fotocatalizzatore, facilitando la produzione di idrogeno. L’idrogeno è fondamentale per le celle a combustibile nelle automobili, nella produzione di sostanze chimiche come l’ammoniaca, nella raffinazione dei metalli e nella produzione di plastica. Questa scoperta potrebbe rappresentare un metodo potente per ridurre le emissioni di gas serra e combattere il cambiamento climatico.

Kyriakos Stylianou e il suo team presso il College of Science dell'OSU stanno studiando i framework organico-metallici (MOF). Questi materiali possiedono minuscoli pori che possono essere adattati per diversi scopi. I MOF sono formati da ioni metallici collegati da molecole organiche.

In questo studio, il team ha utilizzato:

• Ossido di rutenio
• Ossido di titanio
• Doping con zolfo e azoto

per creare un eterogiunzione, una combinazione di due materiali dalle proprietà complementari, potenziando la capacità del fotocatalizzatore di separare l'acqua in idrogeno quando esposto alla luce solare. Hanno denominato questo nuovo materiale RTTA.

Testando diversi tipi di RTTAs con quantità variabili di ossidi, è emerso che RTTA-1 era il più efficace. RTTA-1, che contiene la minor quantità di ossido di rutenio, ha prodotto idrogeno più rapidamente e presentava un alto rendimento quantistico. In un'ora, un grammo di RTTA-1 ha generato oltre 10.700 micromoli di idrogeno.

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Stylianou ha dichiarato che RTTA-1 funziona bene grazie alla combinazione efficace delle caratteristiche dei ossidi metallici e delle superfici originali dei MOF. Questo nuovo metodo può rendere la produzione di idrogeno più sostenibile ed efficiente.

Produrre idrogeno dall'acqua con questo nuovo fotocatalizzatore è più pulito rispetto all'uso del gas naturale. Di solito, l'idrogeno viene prodotto tramite la riformazione del metano a vapore, che rilascia anidride carbonica. Il nuovo metodo utilizza l'energia solare, rendendolo un'opzione più ecologica.

Generare idrogeno attraverso l'elettrocatalisi implica far passare elettricità attraverso un catalizzatore, ma per essere sostenibile deve dipendere da energie rinnovabili. Inoltre, i costi devono essere competitivi con il metodo del reforming del metano con vapore, che produce idrogeno a circa $1,50 al chilogrammo, rispetto ai $5 al chilogrammo dell'idrogeno verde.

Stylianou ha illustrato che l’acqua è una fonte abbondante di idrogeno e che possiamo usare la luce solare per produrlo tramite fotocatalisi. Anche se l’ossido di rutenio è costoso, la quantità ridotta necessaria nella RTTA-1 lo rende meno problematico per un uso industriale. Se il catalizzatore rimane stabile e affidabile, il costo del minimo quantitativo di ossido di rutenio diventa trascurabile.

Il finanziamento della ricerca è stato fornito dal College of Science e dal Dipartimento di Chimica dell'OSU, nonché dai pensionati insegnanti delle scuole pubbliche e laureati OSU Brian e Marilyn Kleiner. Il progetto, pubblicato su Angewandte Chemie, è stato guidato dagli studenti di dottorato Emmanuel Musa, Ankit Yadav e Kyle Smith. Altri membri del team includono il professor Xiulei "David" Ji, il direttore della Electron Microscopy Facility Peter Eschbach, il ricercatore postdottorale Min Soo Jung e il docente associato William Stickle.