I chimici NUS hanno sviluppato strutture organiche covalenti coniugate al carbonio per la produzione catalitica guidata dalla luce visibile di idrogeno gassoso dall'acqua.

Il gas idrogeno sta diventando importante come mezzo di stoccaggio per applicazioni energetiche sostenibili. L'uso della luce solare, una fonte di energia rinnovabile e sostenibile per decomporre l'acqua in gas idrogeno sta suscitando un notevole interesse scientifico. Però, questa conversione da acqua a gas idrogeno non avviene spontaneamente. Richiede un sistema complesso che prevede un flusso di elettroni liberi generati dalla sorgente luminosa che funge da corrente elettrica per scindere la molecola d'acqua.

Il team di ricerca guidato dal Prof JIANG Donglin del Dipartimento di Chimica, NUS ha sviluppato una nuova classe di fotocatalizzatori che utilizzano strutture organiche covalenti coniugate al carbonio (COF) per la produzione di gas idrogeno dall'acqua utilizzando l'energia solare. Il team di ricerca ha costruito un materiale organico ma robusto in cui gli elementi costitutivi a base di carbonio sono collegati da legami specifici in un modo ordinato topologicamente prestabilito. Questa struttura molecolare unica assomiglia a strati sovrapposti di reti bidimensionali ed è in grado di raccogliere la luce solare in modo efficiente. I ricercatori hanno inserito nanoparticelle di platino come centri di reazione nel COF e sotto irraggiamento di luce visibile (≥ 420 nm), il gas idrogeno è stato generato a una velocità costante di 1, 360 μmol h-1g-1 in un periodo di cinque ore.

Il fotocatalizzatore di nuova concezione ha diversi meccanismi molecolari che gli consentono di produrre gas idrogeno dall'acqua in modo efficiente. Consiste in strutture di carbonio sp2 che sono -coniugate con bandgap a bassa energia. Ciò consente l'assorbimento della luce dallo spettro visibile al vicino infrarosso. I ricercatori hanno anche progettato la periferia (posizione del bordo più esterno) del reticolo bidimensionale a strati con unità carenti di elettroni per controllare sinteticamente le proprietà elettroniche e fotoelettriche del fotocatalizzatore. Inoltre, poiché la struttura ha -array colonnari densi e ordinati, questi forniscono percorsi per facilitare la migrazione e il trasporto di carica degli eccitoni (un eccitone è uno stato legato di una coppia elettrone-lacuna).

Il professor Jiang ha detto, "Nanoparticelle come il platino possono essere caricate nei pori o sulla superficie del fotocatalizzatore per fungere da centri di reazione. Ciò riduce la distanza di trasferimento degli elettroni e favorisce l'accumulo di elettroni, migliorare le prestazioni di conversione."

"Prevediamo che questo lavoro possa offrire la base strutturale e meccanicistica per una produzione di carburante scalabile e sostenibile dall'acqua e dalla luce solare, " ha aggiunto il professor Jiang.