Il rame adorna la Statua della Libertà, rende robusto, cablaggio conveniente, e aiuta il nostro corpo ad assorbire il ferro. Ora, i ricercatori della Duke University vorrebbero usare il rame per trasformare la luce solare e l'acqua in un combustibile chimico.

La conversione dell'energia solare in combustibile immagazzinabile rimane una delle maggiori sfide della chimica moderna. Uno dei modi in cui i chimici hanno cercato di catturare il potere del sole è attraverso la scissione dell'acqua, in cui gli atomi di H2O vengono frantumati in modo che l'idrogeno possa essere raccolto e utilizzato come combustibile. Le piante lo fanno naturalmente attraverso la fotosintesi, e per mezzo secolo, gli scienziati hanno cercato di ricreare quel processo armeggiando con catalizzatori chimici innescati dalla luce solare.

L'ossido di indio e stagno (ITO) è un materiale che hanno comunemente cercato di utilizzare. I ricercatori lo preferiscono per la sua trasparenza, che consente alla luce solare di passare e innescare le reazioni di scissione dell'acqua, e per la sua capacità di condurre elettricità. Ma ITO è tutt'altro che un materiale ideale.

"L'indio non è molto abbondante, " ha detto Ben Wiley, assistente professore di chimica alla Duke University. "È simile in abbondanza all'argento nella crosta terrestre." Di conseguenza, le celle a combustibile solare che utilizzano ITO rimarranno probabilmente costose e non competitive con le fonti energetiche convenzionali come carbone e gas naturale, Egli ha detto.

Il laboratorio di Wiley ha creato qualcosa che sperano possa sostituire ITO:nanofili di rame fusi in una pellicola trasparente. Il team, che comprende due ricercatori post-dottorato, uno studente laureato, e un ex studente laureato della Duke—hanno pubblicato il loro nuovo approccio il mese scorso sulla rivista di chimica Angewandte Chemie .

Il rame è 1000 volte più abbondante e 100 volte meno costoso dell'indio. I catalizzatori a nanofili di rame costano anche meno da produrre rispetto alle loro controparti ITO perché possono essere "stampati" su pezzi di vetro o plastica sotto forma di inchiostro liquido, utilizzando una macchina che funziona in modo molto simile a una macchina da stampa. produzione ITO, al contrario, richiede grande, camere sequenziali di pompe e vuoti che depositano un sottile strato di atomi di indio a una velocità molto più lenta.

I film di nanofili di rame sono costituiti da reti di microscopiche barre metalliche, le proprietà e le applicazioni di cui il laboratorio di Wiley ha studiato per anni. I nanofili forniscono un'elevata area superficiale per catalizzare la chimica, e il team di Wiley ha sperimentato rivestirli con cobalto o nichel, metalli che fungono da vero catalizzatore chimico. Anche con una mano di cobalto o nichel, i film di nanofili consentono il passaggio di una quantità di luce solare quasi sette volte superiore rispetto all'ITO. I film sono anche flessibili, portando Wiley a immaginare che le celle a combustibile completate un giorno vengano attaccate a zaini o auto.

Intanto, restano le sfide ingegneristiche e chimiche. I film di nanofili svolgono solo metà dell'equazione di scissione dell'acqua, un processo chiamato ossidazione dell'acqua. L'altra metà della reazione prevede l'utilizzo degli elettroni ottenuti dall'ossidazione dell'acqua per ridurre l'acqua ad idrogeno. Il team di Wiley prevede di pubblicare il proprio lavoro su questo processo nel prossimo anno.

"Molti gruppi stanno lavorando per mettere insieme dispositivi completi per generare combustibili dalla luce solare, " Egli ha detto, ma "l'efficienza e i costi di questi sistemi devono essere migliorati affinché possano arrivare alla [produzione] commerciale".

Wiley ha notato che la produzione di energia solare è solo un'applicazione dei film di nanofili di rame che studiano. I nanofili sono anche promettenti per l'uso in touch screen flessibili, luci LED organiche (o OLED) e vetro intelligente.