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    Vedere la luce:i ricercatori offrono una soluzione al problema dell'efficienza della fotosintesi artificiale

    Scissione fotoelettrochimica dell'acqua utilizzando un "anodo foto cresciuto a flusso" per convertire l'energia solare e l'acqua in idrogeno combustibile in modo efficiente. Credito:Katsuya Teshima Ph.D., il direttore del Centro per l'energia e le scienze ambientali, Università di Shinshu

    Elettronica alimentata a idrogeno, viaggiare, e più può essere un passo avanti grazie al lavoro di un team collaborativo di scienziati in Giappone. I ricercatori hanno sviluppato un metodo efficiente per produrre un componente chiave necessario per convertire l'energia solare e l'acqua in combustibile a idrogeno, un processo chiamato scissione fotoelettrochimica dell'acqua. Hanno pubblicato i loro risultati in ottobre in Materiali energetici applicati , una rivista dell'American Chemical Society.

    "Con l'abbondanza di energia solare e acqua, la scissione fotoelettrochimica dell'acqua è un modo promettente per alleviare i problemi dell'ambiente globale e dello stoccaggio di energia, " ha detto l'autore principale Katsuya Teshima, un professore del Dipartimento di Chimica dei Materiali e il direttore del Centro per l'energia e le scienze ambientali presso l'Università di Shinshu. Teshima è anche affiliato con il Nanshin Institute of Technology della prefettura di Nagano.

    Nella scissione dell'acqua, un anodo fotografico, che è un semiconduttore e un catodo metallico, assorbe la luce solare. Il semiconduttore assorbe fotoni ad alta energia da quella luce, che forza la scissione delle molecole attorno al semiconduttore. Ciò fa sì che l'ossigeno si separi dall'idrogeno e si combini con altre molecole di ossigeno libero. Le coppie di idrogeno e le coppie di ossigeno possono quindi essere incanalate separatamente attraverso i catodi appropriati per essere immagazzinate e utilizzate come energia.

    Il problema, però, secondo Teshima e colleghi, Suzuki, è che i primi fotoanodi proposti potevano assorbire solo la luce UV, che rappresenta circa il cinque per cento dello spettro solare. Realizzato in ossido di titanio, questi fotoanodi sono altamente efficienti nel convertire l'energia solare che catturano, ma non sono un'opzione praticabile per l'uso industriale perché catturano così poca energia solare.

    Teshima e il suo team si sono rivolti al nitruro di tantalio, uno dei materiali fotosensibili più promettenti disponibili per l'uso nella scissione dell'acqua. Non solo può assorbire la luce visibile, ma può anche assorbire luce con una lunghezza d'onda fino a 600 nanometri, che consente un assorbimento della luce ancora maggiore. I ricercatori hanno precedentemente fabbricato i cristalli di nitruro di tantalio, ma il processo era complicato e lo strato di cristallo risultante variava in spessore e copertura. Tale irregolarità può portare a sforzi di scissione dell'acqua inefficienti o addirittura completamente inefficaci.

    In questo nuovo tentativo, Teshima ha posizionato i campioni di tantalio metallico sopra i composti di sodio in polvere, e riscaldarli con gas di ammoniaca ad alte temperature. I ricercatori hanno potuto controllare l'uniformità con cui i composti di sodio hanno reagito con il tantalio, così come lo spessore dello strato di cristallo è cresciuto alterando il rapporto dei composti di sodio, la temperatura, e il tempo.

    "Il nostro obiettivo finale è produrre in modo efficiente idrogeno e ossigeno dall'acqua naturale utilizzando il nostro fotoanodo coltivato a flusso, " ha detto Teshima. "Poiché i problemi ambientali ed energetici sono questioni globali, vogliamo contribuire alle loro soluzioni".


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