L'inserto mostra un'immagine di Pb 2 Ti 2 oh 5 . 4 F 1 . 2 , dimostrato di essere in grado di assorbire la luce visibile di una lunghezza d'onda di circa 500 nm. Si pensa che questa capacità sia dovuta alla struttura di legame attorno al catione Pb all'interno del reticolo del pirocloro, mostrato a destra. Credito: Giornale della Società Chimica Americana
Nell'ultima decade, la ricerca si è intensificata per sviluppare efficienti, fotocatalizzatori artificiali che funzionano sotto la luce visibile, un obiettivo importante per i sistemi di energia rinnovabile. Scienziati in Giappone hanno ora dimostrato che un ossifluoruro è in grado di fotocatalisi guidata dalla luce visibile. La scoperta apre nuove porte per la progettazione di materiali per la fotosintesi artificiale e la ricerca sull'energia solare.
Kazuhiko Maeda del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Kengo Oka della Chuo University e collaboratori in Giappone sono riusciti a dimostrare che Pb 2 Ti 2 oh 5 . 4 F 1 . 2 funziona come un fotocatalizzatore stabile per la scissione dell'acqua guidata dalla luce visibile e la riduzione dell'anidride carbonica con l'aiuto di adeguate modifiche della superficie.
Il nuovo materiale ha una banda proibita insolitamente piccola di circa 2,4 elettronvolt (eV), il che significa che può assorbire la luce visibile con una lunghezza d'onda di circa 500 nanometri (nm). Generalmente, band gap superiori a 3 eV sono associati a un utilizzo inefficiente della luce solare, mentre quelli inferiori a 3 eV sono desiderabili per una conversione efficiente dell'energia solare.
Inoltre, l'ossifluoruro appartiene ad un gruppo di composti che fino ad ora erano stati largamente trascurati a causa della più alta elettronegatività del fluoro, una proprietà che essenzialmente li escludeva come candidati per i fotocatalizzatori guidati dalla luce visibile.
Il nuovo ossifluoruro è "un caso eccezionale, " affermano i ricercatori nel loro studio, che è pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana .
Sulla base di considerazioni strutturali e calcoli teorici, concludono che "l'origine della risposta alla luce visibile in Pb 2 Ti 2 oh 5 . 4 F 1 . 2 risiede nelle caratteristiche uniche specifiche della struttura di tipo pirocloro." Vale a dire, è la forte interazione tra alcuni orbitali (Pb-6s e O-2p) resa possibile da brevi legami Pb-O nella struttura del pirocloro che si pensa dia origine alla capacità del materiale di assorbire la luce visibile.
Un limite è che la resa del nuovo fotocatalizzatore rimane attualmente bassa, a una cifra di circa lo 0,01 percento a 365 nm per l'evoluzione dell'idrogeno. Il team di ricerca sta quindi studiando come aumentare la resa modificando il Pb 2 Ti 2 oh 5 . 4 F 1 . 2 attraverso il perfezionamento di metodi di sintesi e modificazione superficiale.
