Alla ricerca di nuove soluzioni per raccogliere e immagazzinare in modo più efficiente l'energia solare, scienziati degli Stati Uniti e della Cina hanno sintetizzato un nuovo, catalizzatore a doppio atomo per fungere da piattaforma per la fotosintesi artificiale, la squadra ha riportato oggi in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Il team ha sviluppato un catalizzatore all'iridio con solo due centri metallici attivi. Più significativamente, esperimenti hanno rivelato che il catalizzatore è una struttura ben definita, in grado di fungere da piattaforma produttiva per la ricerca futura sulla sintesi del combustibile solare.

"La nostra ricerca riguarda la tecnologia per l'accumulo diretto di energia solare, ", ha affermato Dunwei Wang, professore associato di chimica del Boston College, un autore principale del rapporto. "Affronta la sfida critica che l'energia solare è intermittente. Lo fa raccogliendo direttamente l'energia solare e immagazzinando l'energia in legami chimici, simile a come viene eseguita la fotosintesi ma con maggiori efficienze e costi inferiori."

I ricercatori hanno dedicato molto tempo ai catalizzatori a singolo atomo (SAC) e raramente hanno esplorato un "catalizzatore disperso atomicamente" con due atomi. In un documento intitolato "Catalizzatori eterogenei dinucleari stabili di iridio supportati su substrato di ossido di metallo per l'ossidazione dell'acqua solare, " il team riferisce di aver sintetizzato un catalizzatore eterogeneo dinucleare di iridio in un modo fotochimico facile. Il catalizzatore mostra una stabilità eccezionale e un'elevata attività verso l'ossidazione dell'acqua, un processo essenziale nella fotosintesi naturale e artificiale.

I ricercatori concentrati su questo aspetto della catalisi incontrano particolari sfide nello sviluppo di catalizzatori eterogenei, che sono ampiamente utilizzati nelle trasformazioni chimiche industriali su larga scala. I catalizzatori eterogenei più attivi sono spesso poco definiti nelle loro strutture atomiche, il che rende difficile valutare i meccanismi dettagliati a livello molecolare.

Il team è stato in grado di sfruttare le nuove tecniche nella valutazione dei catalizzatori a singolo atomo e sviluppare una piattaforma materiale per studiare reazioni importanti e complesse che richiederebbero più di un sito attivo.

Wang ha affermato che il team di ricercatori ha deciso di determinare "quale potrebbe essere l'unità catalizzatrice eterogenea attiva più piccola e più duratura per l'ossidazione dell'acqua. In precedenza, i ricercatori si sono posti questa domanda e hanno trovato la risposta solo in catalizzatori omogenei, la cui durata era scarsa. Per la prima volta, abbiamo un assaggio del potenziale dei catalizzatori eterogenei nella produzione e nello stoccaggio di energia pulita".

Il team ha anche eseguito esperimenti a raggi X presso l'Advanced Light Source del Lawrence Berkeley National Laboratory che ha aiutato a determinare la struttura del catalizzatore di iridio. Hanno usato due tecniche:la struttura fine di assorbimento dei raggi X (EXAFS) e la struttura vicino al bordo di assorbimento dei raggi X (XANES) nelle loro misurazioni. Questi esperimenti forniscono prove critiche per comprendere meglio il nuovo catalizzatore.

Wang ha affermato che il team è rimasto sorpreso dalla semplicità e dalla durata del catalizzatore, combinato con l'elevata attività verso la reazione desiderata di ossidazione dell'acqua.

Wang ha affermato che i prossimi passi della ricerca includono un'ulteriore ottimizzazione del catalizzatore per l'uso pratico e un esame delle aree in cui il catalizzatore può essere applicato a nuove trasformazioni chimiche.