Mimando la fotosintesi nelle piante, utilizzare la luce per convertire molecole stabili e abbondanti come acqua e CO2 in un combustibile ad alta energia (idrogeno) o in sostanze chimiche di interesse industriale, è una grande sfida per la ricerca oggi. Però, il raggiungimento della fotosintesi artificiale in soluzione rimane limitato dall'uso di composti a base di metalli costosi e tossici per raccogliere la luce. Ricercatori del CNRS, CEA e l'Université Grenoble Alpes propongono un'alternativa efficiente utilizzando nanocristalli semiconduttori (chiamati anche punti quantici) basati su elementi meno costosi e meno tossici, come il rame, indio e zolfo. Il loro lavoro è stato pubblicato in Scienze energetiche e ambientali il 10 aprile 2018.

Nei sistemi di fotosintesi artificiale i cromofori, o "fotosensibilizzatori", assorbono energia luminosa e trasferiscono elettroni al catalizzatore, che attiva la reazione chimica. Sebbene negli ultimi anni siano stati compiuti molti progressi nello sviluppo di catalizzatori privi di metalli nobili, i fotosensibilizzanti fanno ancora affidamento, nel principale, su composti molecolari contenenti metalli rari e costosi, come rutenio e iridio, o su materiali semiconduttori inorganici contenenti cadmio, un metallo tossico.

Per la prima volta, ricercatori del Département de Chimie Moléculaire (CNRS/Université Grenoble Alpes) e SyMMES (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes)1 hanno dimostrato, unendo le loro competenze nell'ingegneria dei semiconduttori e nella fotocatalisi, che è possibile produrre idrogeno in modo molto efficiente combinando nanocristalli semiconduttori inorganici (punti quantici) formati da un nucleo di rame e solfuro di indio protetto da un guscio di solfuro di zinco, con un catalizzatore molecolare a base di cobalto. Questo sistema "ibrido" combina le eccellenti proprietà di assorbimento della luce visibile e la grande stabilità dei semiconduttori inorganici con l'efficacia dei catalizzatori molecolari. In presenza di eccesso di vitamina C, che fornisce elettroni al sistema, mostra notevole attività catalitica in acqua, il migliore ottenuto fino ad oggi con punti quantici senza cadmio. Le prestazioni di questo sistema sono molto superiori a quelle ottenute con un fotosensibilizzatore a base di rutenio, a causa della stabilità molto elevata dei punti quantici inorganici, che può essere riciclato più volte senza notevole perdita di attività.

Questi risultati mostrano l'alto potenziale di tali sistemi ibridi per la produzione di idrogeno utilizzando l'energia solare.