I ricercatori dell'Università di Osaka creano un nuovo materiale a base di oro e fosforo nero per produrre idrogeno pulito utilizzando l'intero spettro della luce solare

Il cambiamento climatico globale e la crisi energetica rendono urgentemente necessarie alternative ai combustibili fossili. Tra i combustibili a basse emissioni di carbonio più puliti c'è l'idrogeno, che può reagire con l'ossigeno per liberare energia, non emettendo nulla di più dannoso dell'acqua (H2O) come prodotto. Però, la maggior parte dell'idrogeno sulla terra è già bloccato in H2O (o altre molecole), e non può essere utilizzato per il potere.

L'idrogeno può essere generato dalla scissione di H2O, ma questo usa più energia di quanta l'idrogeno prodotto possa restituire. La scissione dell'acqua è spesso guidata dall'energia solare, la cosiddetta conversione "solare in idrogeno". Materiali come l'ossido di titanio, noti come semiconduttori con l'ampio gap di banda, sono tradizionalmente utilizzati per convertire la luce solare in energia chimica per la reazione fotocatalitica. Però, questi materiali sono inefficienti perché viene assorbita solo la parte ultravioletta (UV) della luce, mentre il resto dello spettro della luce solare viene sprecato.

Ora, un team dell'Università di Osaka ha sviluppato un materiale per raccogliere uno spettro più ampio di luce solare. I compositi in tre parti di questo materiale massimizzano sia l'assorbimento della luce che la sua efficienza per la scissione dell'acqua. Il nucleo è un semiconduttore tradizionale, lantanio titanio ossido (LTO). La superficie LTO è parzialmente ricoperta da minuscoli granelli d'oro, note come nanoparticelle. Finalmente, l'LTO ricoperto d'oro è mescolato con fogli ultrasottili dell'elemento fosforo nero (BP), che funge da assorbitore di luce.

"BP è un materiale meraviglioso per applicazioni solari, perché possiamo sintonizzare la frequenza della luce semplicemente variandone lo spessore, da ultrasottile a sfuso, ", afferma il capo squadra Tetsuro Majima. "Questo consente al nostro nuovo materiale di assorbire la luce visibile e anche quella vicina all'infrarosso, che non potremmo mai ottenere con la sola LTO."

Assorbendo questo ampio raggio di energia, La BP è stimolata a rilasciare elettroni, che vengono poi condotti alle nanoparticelle d'oro che rivestono l'LTO. Le nanoparticelle d'oro assorbono anche la luce visibile, provocando la scarica di alcuni dei suoi stessi elettroni. Gli elettroni liberi nelle nanoparticelle di BP e oro vengono quindi trasferiti nel semiconduttore LTO, dove agiscono come una corrente elettrica per la scissione dell'acqua.

La produzione di idrogeno utilizzando questo materiale è migliorata non solo dal più ampio spettro di assorbimento della luce, ma dalla conduzione elettronica più efficiente, causato dall'interfaccia unica tra i materiali bidimensionali di BP e LTO. Di conseguenza, il materiale è 60 volte più attivo del puro LTO.

"Raccogliendo in modo efficiente l'energia solare per generare carburante pulito, questo materiale potrebbe aiutare a ripulire l'ambiente, " dice Majima. "Inoltre, speriamo che il nostro studio del meccanismo stimolerà nuovi progressi nella tecnologia dei fotocatalizzatori".