Fotocatalisi più efficiente mediante combinazione con nanomateriali di carbonio

Spesso la natura fornisce l’ispirazione per le imprese scientifiche. Molta ricerca si concentra sull’utilizzo della luce del sole in dispositivi fotosintetici artificiali per produrre idrogeno molecolare (H2) da usare nelle celle a combustibile H2. I sistemi fotocatalitici separano le molecole di acqua in H2 e ossigeno. Nuovi materiali con maggiore efficienza e stabilità a costi più bassi sono necessari.

Gli scienziati stanno studiando dei nanomateriali ibridi fatti con carbonio nanostrutturato e semiconduttori inorganici grazie al supporto dell’UE al progetto CARINHYPH. Il team ha preso dei nanotubi di carbonio e del grafene di alta qualità e li ha funzionalizzati per una successiva integrazione con il materiale inorganico mediante crescita in situ in differenti architetture: membrane in nanocarbonio rivestite con il materiale inorganico, ibridi mesoporosi giroidi e strutture elettrofilate.

Un aspetto chiave del progetto è l’accento posto sull’ingegneria interfacciale quale meccanismo per controllare i processi di trasferimento di carica tra gli ibridi, aumentando così durata della carica ed efficienza fotocatalitica. Il progetto ha compiuto dei progressi nell’ottimizzazione dei procedimenti di sintesi. Delle innovative tecniche di spettroscopia hanno consentito una visione unica delle proprietà elettroniche alla giunzione tra nanocarbonio e semiconduttore inorganico, fornendo degli elementi per mettere a punto di conseguenza i procedimenti di sintesi.

Il team di CARINHYPH comprende aziende ai due capi della catena distributiva. Thomas Swan Ltd. è un’azienda di prodotti chimici ad alto contenuto tecnologico che produce nanotubi di carbonio e grafene di alta qualità in quantità industriali. INAEL è una PMI nel settore dei materiali inorganici avanzati. Allo scopo di aumentare la possibile implementazione industriale dei materiali, è in fase di preparazione un piano d’azione per lo sviluppo industriale. Per garantire la sostenibilità esso include il costo del ciclo di vita (LCC, Life-Cycle Costing) e la valutazione del ciclo di vita (LCA, Life-Cycle Assessment).

Nel breve periodo, CARINHYPH sta contribuendo alla progettazione razionale e alla sintesi di nuovi ibridi nanostrutturati con prestazioni catalitiche migliorate in applicazioni energetiche sostenibili, come ad esempio separazione dell’acqua, depurazione dell’acqua, dispositivi fotoelettrochimici e fotovoltaici. Nel lungo periodo, questi sistemi ibridi nanostrutturati contribuiranno a risolvere le sfide energetiche dell’UE.