Nanoparticelle d'oro a forma di stella, rivestito con un semiconduttore, può produrre idrogeno dall'acqua in modo quattro volte più efficiente rispetto ad altri metodi, aprendo la porta a un migliore stoccaggio dell'energia solare e ad altri progressi che potrebbero aumentare l'uso delle energie rinnovabili e combattere il cambiamento climatico, secondo i ricercatori della Rutgers University-New Brunswick.

"Invece di usare la luce ultravioletta, che è la pratica standard, abbiamo sfruttato l'energia della luce visibile e infrarossa per eccitare gli elettroni nelle nanoparticelle d'oro, " ha detto Laura Fabris, professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Scuola di Ingegneria che ha guidato il lavoro con Fuat Celik, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biochimica. "Gli elettroni eccitati nel metallo possono essere trasferiti in modo più efficiente nel semiconduttore, che catalizza la reazione."

I ricercatori, il cui studio è stato pubblicato oggi online sulla rivista chimica , focalizzato sulla fotocatalisi, il che in genere significa sfruttare la luce solare per ottenere reazioni più rapide o meno costose.

Il biossido di titanio illuminato dalla luce ultravioletta viene spesso utilizzato come catalizzatore, ma usare la luce ultravioletta è inefficiente.

Nello studio, I ricercatori di Rutgers hanno sfruttato la luce visibile e infrarossa che ha permesso alle nanoparticelle d'oro di assorbirla più rapidamente e quindi di trasferire alcuni degli elettroni generati a seguito dell'assorbimento della luce a materiali vicini come il biossido di titanio.

Gli ingegneri hanno rivestito le nanoparticelle d'oro con biossido di titanio ed hanno esposto il materiale ai raggi UV, visibile, e luce infrarossa e ha studiato come gli elettroni saltano dall'oro al materiale. I ricercatori hanno scoperto che gli elettroni, che innescano reazioni, ha prodotto idrogeno dall'acqua in modo quattro volte più efficiente di quanto dimostrato dagli sforzi precedenti. L'idrogeno può essere utilizzato per immagazzinare l'energia solare e poi bruciato per produrre energia quando il sole non splende.

"I nostri risultati eccezionali sono stati sempre così chiari, " Fabris ha detto. "Siamo stati anche in grado di utilizzare la sintesi a temperatura molto bassa per rivestire queste particelle d'oro con titanio cristallino. Penso che sia dal punto di vista dei materiali che dal punto di vista della catalisi, questo lavoro è stato molto eccitante per tutto il tempo. E siamo stati estremamente fortunati che i nostri studenti di dottorato, Supriya Atta e Ashley Pennington, ne eravamo anche entusiasti quanto lo eravamo noi".

"Questa è stata la nostra prima incursione, " lei ha aggiunto, "ma una volta compreso il materiale e come opera, possiamo progettare materiali per applicazioni in diversi campi, come semiconduttori, l'industria solare o chimica o la conversione dell'anidride carbonica in qualcosa che possiamo usare. Nel futuro, potremmo ampliare notevolmente i modi in cui sfruttiamo la luce del sole".