Un team di ricercatori chimici dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill ha sviluppato un approccio unico per sfruttare l'energia del sole per produrre gas idrogeno, una potenziale fonte di energia pulita, dall'acqua, secondo un articolo pubblicato su Nature Chemistry .
Guidato dal chimico Alexander Miller dell'UNC-Chapel Hill, lo studio "L'autoassemblaggio del catalizzatore accelera l'elettrocatalitico bimetallico H2 guidato dalla luce" Evolution in Water", indaga un sistema che utilizza la luce e l'elettricità per dividere l'acqua nei suoi elementi costitutivi:idrogeno e ossigeno.
"Quello che abbiamo scoperto è che è possibile indurre questi catalizzatori ad autoassemblarsi in questi globuli, che diventano migliori nell'assorbire la luce e nel creare legami chimici per produrre idrogeno", ha detto Miller. "Questa ricerca rappresenta un contributo significativo al campo della catalisi e apre la strada allo sviluppo di tecnologie energetiche efficienti e sostenibili."
Miller, professore di chimica al College of Arts and Sciences, è stato affiancato da Marc ter Horst, professore di ricerca del laboratorio di risonanza magnetica nucleare; Isaac Cloward, un assistente di ricerca laureato; Tamara Jurado, una ricercatrice associata post-dottorato; Tianfei Liu, un ricercatore associato post-dottorato; ed ex membri del suo laboratorio:Annabell Bonn, Matthew Chambers e Catherine Pitman.
I ricercatori hanno scoperto che le strutture molecolari fanno sì che i catalizzatori – molecole che accelerano una reazione chimica senza consumarsi nel processo – si raggruppino insieme per formare micelle, che sono globuli simili a depositi oleosi sulla superficie dell’acqua quando vi viene aggiunto olio d’oliva. .
La scissione dell’acqua è un processo chiave nelle tecnologie delle energie rinnovabili, in particolare nella produzione di idrogeno come combustibile pulito e sostenibile. L'idrogeno ottenuto dall'acqua può essere utilizzato per celle a combustibile, motori a combustione e altre applicazioni, con l'unico sottoprodotto costituito dal vapore acqueo.
"La scissione dell'acqua ha il potenziale per immagazzinare energia solare sotto forma di legami chimici, affrontando la natura intermittente della produzione di energia solare", ha affermato Miller. "La ricerca su metodi efficienti ed economici per la scissione dell'acqua è un'area di interesse significativo nel campo dell'energia rinnovabile e dello sviluppo sostenibile."
I ricercatori hanno anche utilizzato una tecnica speciale chiamata diffusione dinamica della luce, nota anche come spettroscopia di correlazione fotonica, per misurare la dimensione dei catalizzatori analizzando le fluttuazioni nell’intensità della luce diffusa. Questa tecnica non invasiva ha fornito preziose informazioni sulla dimensione, la forma e la distribuzione dei catalizzatori.
Le micelle più grandi producevano idrogeno più rapidamente. Hanno anche utilizzato uno strumento analitico chiamato spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, che ha confermato che all'interno di quelle particelle i catalizzatori erano vicini l'uno all'altro.
"Vogliamo catturare l'energia della luce solare e invece di trasformarla in elettricità, come un pannello solare sul tetto, vogliamo generare un carburante che possiamo immagazzinare e utilizzare su richiesta per guidare un'auto, caricare una batteria, far funzionare le luci. ", ha detto Miller. "Questo è il quadro generale."
Ulteriori informazioni: Isaac N. Cloward et al, L'autoassemblaggio del catalizzatore accelera l'evoluzione bimetallica elettrocatalitica dell'H2 guidata dalla luce nell'acqua, Chimica naturale (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01483-3
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dall'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill
