I fotocatalizzatori assorbono energia dalla luce per far accadere una reazione chimica. Il fotocatalizzatore più noto è forse la clorofilla, il pigmento verde nelle piante che aiuta a trasformare la luce solare in carboidrati. Mentre i carboidrati possono perdere il favore, la fotocatalisi sta attirando più attenzione che mai. In un processo fotocatalitico, la luce cade su un fotocatalizzatore, aumenta l'energia dei suoi elettroni e fa sì che rompano i loro legami e si muovano liberamente attraverso il catalizzatore. Questi elettroni "eccitati" reagiscono quindi con le materie prime di una reazione chimica per produrre i prodotti desiderati. Una priorità assoluta nel campo della ricerca sulle energie alternative è l'utilizzo di fotocatalizzatori per convertire l'energia solare in combustibile, un processo chiamato "produzione da solare a combustibile".

In un articolo pubblicato su Recensioni di chimica di coordinamento , Dr. Changlei Xia dell'Università forestale di Nanchino, Cina; Dr. Kent Kirlikovali della Northwestern University, NOI.; Dott. Thi Hong Chuong Nguyen, Dott. Xuan Cuong Nguyen, Dott. Quoc Ba Tran, e il dottor Chinh Chien Nguyen della Duy Tan University, Vietnam; Dr. Minh Khoa Duong e Dr. Minh Tuan Nguyen Dinh dell'Università di Da Nang, Vietnam; Dr. Dang Le Tri Nguyen della Ton Duc Thang University, Vietnam; Dr. Pardeep Singh e Dr. Pankaj Raizada dell'Università Shoolini, India; Dott. Van-Huy Nguyen dell'Università di Binh Duong, Vietnam; Il dottor Soo Young Kim e il dottor Quyet Van Le della Korea University, Corea del Sud; Dott. Laxman Singh dell'Università di Patliputra, India; e il dottor Mohammadreza Shokouhimer della Seoul National University, Corea del Sud, hanno evidenziato il potenziale dei quadri organici covalenti (COF), una nuova classe di materiali che assorbono la luce, nella produzione di energia solare-combustibile.

Come spiega il dottor Pardeep Singh, "L'energia solare è stata sfruttata con successo per produrre elettricità, ma non siamo ancora in grado di ricavarne efficientemente combustibili liquidi. Questi combustibili solari, come l'idrogeno, potrebbe essere un'abbondante offerta di prodotti sostenibili, riponibile, ed energia portatile."

La specialità dei COF risiede nella loro capacità di migliorare la catalisi e aggiungere speciali molecole sostituenti chiamate "gruppi funzionali" alla loro struttura, fornendo un modo per aggirare i limiti dei fotocatalizzatori esistenti. Ciò è dovuto ad alcune proprietà favorevoli dei COF come la stabilità chimica, porosità controllabile, e forte delocalizzazione degli elettroni, che li rendono extra stabili.

Come suggerisce il nome, I COF sono costituiti da molecole organiche che sono legate insieme in una struttura che può essere adattata per adattarsi a varie applicazioni. Inoltre, una forte delocalizzazione elettronica significa che, a differenza dei fotocatalizzatori a semiconduttore, gli elettroni eccitati si ricombinano a metà solo raramente, risultando in più elettroni eccitati per la reazione chimica. Poiché queste reazioni avvengono sulla superficie del fotocatalizzatore, l'aumento della superficie e la porosità modificabile dei COF sono un enorme vantaggio. I fotocatalizzatori COF trovano applicazione nella conversione dell'acqua in idrogeno, e la produzione di metano da anidride carbonica, promettendo così il duplice vantaggio di produrre carburante e mitigare il riscaldamento globale. Per di più, possono anche aiutare con la fissazione dell'azoto, produzione di materie plastiche, e stoccaggio dei gas.

Un nuovo tipo di COF, quadri di triazina covalente (CTF), sono attualmente all'avanguardia nella ricerca sulla produzione di idrogeno. I CTF hanno 20-50 volte la capacità di produrre idrogeno, rispetto ai fotocatalizzatori grafitici, rendendoli un'opzione molto promettente per la futura produzione di carburante.

Però, prima di mettere il carro a energia solare davanti ai buoi, è importante notare che i fotocatalizzatori a base di COF sono in una fase iniziale di sviluppo e ancora non producono carburante con la stessa efficienza delle loro controparti a base di semiconduttori. Tuttavia, le loro eccezionali proprietà e la diversità strutturale li rendono candidati promettenti per la futura ricerca sul solare per combustibili e una soluzione praticabile per la crisi energetica in corso. "La questione più essenziale è esplorare catalizzatori robusti derivati ​​da COF per le applicazioni desiderate. Ci si può aspettare che i fotocatalizzatori basati su COF raggiungano una nuova pietra miliare nei prossimi anni, " conclude un ottimista Dr. Pankaj Raizada.

Infatti, un futuro basato sull'energia pulita non sembra così lontano.