Le strutture metallo-organiche (MOF) sono tra i materiali più utili e versatili oggi, dimostrando versatilità strutturale, elevata porosità, e affascinanti proprietà ottiche ed elettroniche. Queste caratteristiche li rendono candidati promettenti per una varietà di applicazioni, compresa la cattura e la separazione del gas, sensori e fotocatalizzatori.

Poiché i MOF sono così versatili sia nel design strutturale che nell'utilità, gli scienziati dei materiali li stanno attualmente testando in una serie di applicazioni chimiche. Uno di questi è la fotocatalisi, un processo in cui un materiale fotosensibile viene eccitato con la luce. L'energia in eccesso assorbita sposta gli elettroni dalle loro orbite atomiche, lasciandosi dietro "buchi elettronici". La generazione di tali coppie elettrone-lacuna è un processo cruciale in qualsiasi processo energetico dipendente dalla luce, e in questo caso, consente al MOF di influenzare una varietà di reazioni chimiche.

Un team di scienziati dell'EPFL Sion guidato da Kyriakos Stylianou presso il Laboratorio di simulazione molecolare ha ora sviluppato un sistema basato su MOF che non può eseguire nessuno, ma due tipi di fotocatalisi contemporaneamente:la produzione di idrogeno e la pulizia degli inquinanti dall'acqua. Il materiale contiene a buon mercato, abbondante fosfuro di nichel (Ni2P), ed è stato scoperto che effettua una fotocatalisi efficiente sotto luce visibile.

Il primo tipo di fotocatalisi, produzione di idrogeno, comporta una reazione chiamata "scissione dell'acqua". Come suggerisce il nome, la reazione divide le molecole d'acqua nei loro costituenti idrogeno e ossigeno. Una delle applicazioni più grandi qui è usare l'idrogeno per le celle a combustibile, che sono dispositivi di approvvigionamento energetico utilizzati oggi in una varietà di tecnologie, compresi satelliti e navette spaziali.

Il secondo tipo di fotocatalisi è indicato come "degradazione degli inquinanti organici, " che si riferisce ai processi di abbattimento degli inquinanti presenti nell'acqua. Gli scienziati hanno studiato questo innovativo sistema fotocatalitico basato su MOF verso la degradazione del colorante tossico rodamina B, comunemente usato per simulare inquinanti organici.

Gli scienziati hanno eseguito entrambi i test in sequenza, dimostrando che il sistema fotocatalitico basato su MOF è stato in grado di integrare la generazione fotocatalitica di idrogeno con la degradazione della rodamina B in un unico processo. Ciò significa che ora è possibile utilizzare questo sistema fotocatalitico sia per pulire gli inquinanti dall'acqua, producendo contemporaneamente idrogeno che può essere utilizzato come combustibile.

"Questo sistema fotocatalitico privo di metalli nobili avvicina il campo della fotocatalisi alle applicazioni pratiche "a guida solare" e mette in mostra il grande potenziale dei MOF in questo campo, " dice Kyriakos Stylianou.