Un nuovo catalizzatore potrebbe avere enormi benefici ambientali se può essere all'altezza del suo potenziale, suggerisce una ricerca di Singapore. I ricercatori di A*STAR hanno prodotto un catalizzatore con antenne a nanoparticelle d'oro in grado di migliorare la qualità dell'acqua alla luce del giorno e anche di generare idrogeno come fonte di energia verde.

Questa tecnologia di purificazione dell'acqua è stata sviluppata da He-Kuan Luo, Andy Hor e colleghi dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering (IMRE). "Qualsiasi tecnologia innovativa e benigna in grado di rimuovere o distruggere gli inquinanti organici dall'acqua in condizioni ambientali è altamente benvenuta, " spiega Hor, che è direttore esecutivo dell'IMRE e anche affiliato con l'Università Nazionale di Singapore.

I materiali fotocatalitici sfruttano la luce solare per creare cariche elettriche, che forniscono l'energia necessaria per guidare le reazioni chimiche nelle molecole attaccate alla superficie del catalizzatore. Oltre a decomporre le molecole nocive nell'acqua, i fotocatalizzatori vengono utilizzati per scindere l'acqua nei suoi componenti di ossigeno e idrogeno; l'idrogeno può quindi essere impiegato come fonte di energia verde.

Hor e il suo team hanno deciso di migliorare un catalizzatore esistente. I composti a base di ossigeno come il titanato di stronzio (SrTiO3) sembrano promettenti, in quanto sono materiali robusti e stabili e sono adatti per l'uso in acqua. Una delle innovazioni del team è stata quella di potenziare la sua attività catalitica aggiungendo piccole quantità di lantanio metallico, che fornisce ulteriori cariche elettriche utilizzabili.

I catalizzatori devono anche catturare una quantità sufficiente di luce solare per catalizzare le reazioni chimiche. Quindi, per consentire al fotocatalizzatore di raccogliere più luce, gli scienziati hanno attaccato nanoparticelle d'oro alle microsfere SrTiO3 drogate con lantanio (vedi immagine). Queste nanoparticelle d'oro sono arricchite di elettroni e quindi fungono da antenne, concentrare la luce per accelerare la reazione catalitica.

La struttura porosa delle microsfere si traduce in un'ampia superficie, in quanto fornisce più spazio di legame per l'ancoraggio delle molecole organiche. Un solo grammo di materiale ha una superficie di circa 100 mq. "L'ampia superficie gioca un ruolo fondamentale nel raggiungimento di una buona attività fotocatalitica, " commenta Luo.

Per dimostrare l'efficienza di questi catalizzatori, i ricercatori hanno studiato come hanno decomposto il colorante rodamina B in acqua. Entro quattro ore dall'esposizione alla luce visibile il 92 per cento del colorante era sparito, che è molto più veloce dei catalizzatori convenzionali che mancano di nanoparticelle d'oro.

Queste microparticelle possono essere utilizzate anche per la scissione dell'acqua, dice Luo. Il team ha dimostrato che le microparticelle con nanoparticelle d'oro si sono comportate meglio negli esperimenti di scissione dell'acqua rispetto a quelle senza, evidenziando ulteriormente la versatilità e l'efficacia di queste microsfere.