Usando la luce solare per guidare le reazioni chimiche, come la fotosintesi artificiale, potrebbe presto diventare molto più efficiente grazie ai nanomateriali.

Questa è la conclusione di uno studio pubblicato oggi guidato da ricercatori del Dipartimento di Fisica dell'Imperial College di Londra, che potrebbe in definitiva aiutare a migliorare le tecnologie dell'energia solare ed essere utilizzato per nuove applicazioni, come usare la luce solare per abbattere sostanze chimiche nocive.

La luce solare viene utilizzata per guidare molti processi chimici che altrimenti non si verificherebbero. Per esempio, l'anidride carbonica e l'acqua normalmente non reagiscono, ma nel processo di fotosintesi, le piante prendono queste due sostanze chimiche e, usando la luce del sole, produrre ossigeno e zucchero.

L'efficienza di questa reazione è molto alta, il che significa che gran parte dell'energia dalla luce solare viene trasferita alla reazione chimica, ma finora gli scienziati non sono stati in grado di imitare questo processo in dispositivi artificiali creati dall'uomo.

Uno dei motivi è che molte molecole che possono subire reazioni chimiche con la luce non assorbono in modo efficiente la luce stessa. Si basano su fotocatalizzatori, materiali che assorbono la luce in modo efficiente e quindi trasmettono l'energia alle molecole per guidare le reazioni.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno studiato un materiale fotocatalizzatore artificiale utilizzando nanoparticelle e hanno scoperto come renderlo più efficiente.

Questo potrebbe portare a migliori pannelli solari, poiché l'energia del Sole potrebbe essere raccolta in modo più efficiente. Il fotocatalizzatore potrebbe essere utilizzato anche per distruggere inquinanti liquidi o gassosi, come pesticidi nell'acqua, sfruttando la luce solare per guidare reazioni che scompongono le sostanze chimiche in forme meno dannose.

L'autore principale Dr Emiliano Cortés del Dipartimento di Fisica dell'Imperial, ha dichiarato:"Questa scoperta apre nuove opportunità per aumentare l'efficienza dell'utilizzo e della conservazione della luce solare in varie tecnologie.

"Utilizzando questi materiali possiamo rivoluzionare le nostre attuali capacità di immagazzinare e utilizzare la luce solare con importanti implicazioni nella conversione dell'energia, così come nuovi usi come la distruzione di molecole o gas inquinanti e la pulizia dell'acqua, tra gli altri."

Il materiale che il team ha studiato è costituito da nanoparticelle metalliche, particelle di soli miliardesimi di metro di diametro. I loro risultati sono pubblicati oggi sul Journal Comunicazioni sulla natura .

Il gruppo, che comprendeva ricercatori del dipartimento di chimica dell'Università di Duisburg-Essen in Germania guidati dal professor Sebastian Schlücker e teorici del Rensselaer Polytechnic Institute e dell'Università di Harvard negli Stati Uniti, hanno mostrato che le reazioni chimiche indotte dalla luce si verificano in determinate regioni sulla superficie di questi nanomateriali.

Hanno identificato quali aree del nanomateriale sarebbero più adatte per trasferire energia alle reazioni chimiche, tracciando le posizioni di nanoparticelle d'oro molto piccole (usate come marcatori) sulla superficie del materiale nanocatalitico d'argento.

Ora che sanno quali regioni sono responsabili del processo di raccolta della luce e del suo trasferimento alle reazioni chimiche, il team spera di essere in grado di progettare il nanomateriale per aumentare queste aree e renderlo più efficiente.

Il ricercatore capo, il professor Stefan Maier, ha dichiarato:"Questa è una potente dimostrazione di come le nanostrutture metalliche, che abbiamo studiato nel mio gruppo all'Imperial negli ultimi 10 anni, continuano a sorprenderci nelle loro capacità di controllare la luce su scala nanometrica.

"La nuova scoperta scoperta dal dottor Cortés e dai suoi collaboratori in Germania e negli Stati Uniti apre nuove possibilità per questo campo nelle aree della fotocatalisi e della nanochimica".