Comprendere la stabilità dei fotocatalizzatori per la scissione dell’acqua e migliorare la produzione di idrogeno
L’idrogeno prodotto da fonti di energia rinnovabile può essere utilizzato come carburante che non contribuisce alle emissioni di CO2, ed è quindi emergente come importante fonte di energia futura. Per migliorare l’efficienza della produzione di idrogeno dai fotocatalizzatori, un nuovo studio condotto da esperti dell’Università di Flinders, dell’Università di Adelaide e dell’Università di Scienze di Tokyo ha individuato il miglior materiale per assistere questo processo: l’ossido di cromo.
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La scissione fotocatalitica dell’acqua è una tecnica promettente per separare l’acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando particelle semiconduttrici come fotocatalizzatori. Sebbene i ricercatori comprendano che le proprietà strutturali ed elettroniche dei semiconduttori fotocatalizzatori svolgono un ruolo importante nella determinazione dell’attività fotocatalitica, il loro obiettivo è trovare il miglior e più efficiente materiale per assistere questo processo. Secondo la ricerca internazionale, l’ossido di cromo rappresenta la scelta ideale per proteggere il processo di scissione fotocatalitica dell’acqua nella produzione di idrogeno tramite luce solare.
“I cocatalizzatori possono promuovere una scissione fotocatalitica efficiente dell’acqua supportando la separazione degli elettroni e degli atomi e agendo come siti attivi per la reazione di scissione dell’acqua”, afferma il professor Andersson. “Tuttavia, il cocatalizzatore richiede un rivestimento protettivo per sopprimere la ricombinazione di H2 e O2 che porterebbe ad una reazione inversa che porterebbe H2 e O2 nuovamente a H2O. Dobbiamo trovare il giusto materiale di rivestimento per garantire la scissione fotocatalitica dell’acqua più efficiente, e questo ci ha portato ad esplorare i miscele di ossidi di metalli di transizione.”
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La ricerca ha dimostrato che la stabilità termica del rivestimento di ossido di cromo dipende dalla natura chimica del fotocatalizzatore sottostante. Il team ha anche scoperto che i rivestimenti di ossido di cromo non contribuiscono alla reazione di scissione dell’acqua. Inoltre, la ricerca ha rivelato nuove informazioni sulla natura del rivestimento, che potrebbero portare a miglioramenti nei materiali futuri.
“Lavorando su fotocatalizzatori di livello mondiale, ci siamo resi conto che i rivestimenti di ossido di cromo proteggono il processo di scissione fotocatalitica dell’acqua nella produzione di idrogeno tramite luce solare. Comprendere la stabilità, lo stato di ossidazione e la struttura elettronica del rivestimento di ossido di cromo su particelle fotocatalizzanti durante l’annealing è essenziale per applicazioni di rivestimento nella scissione fotocatalitica dell’acqua “, ha aggiunto il professor Andersson.
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Il team di ricerca ha esaminato la stabilità, lo stato di ossidazione e la struttura elettronica del rivestimento di ossido di cromo fotodeposto su diverse particelle fotocatalizzanti, in funzione del processo di annealing. La scoperta può rappresentare un importante passo avanti verso l’efficienza della produzione di idrogeno dalle fonti di energia rinnovabile, aprendo dunque nuove possibilità sul fronte delle fonti energetiche pulite, in particolare per il settore dei trasporti.
Il professor Metha aggiunge: “I fotocatalizzatori di livello mondiale hanno rivestimenti di ossido di cromo e questo lavoro rivela nuove conoscenze sulla natura del rivestimento che potrebbero portare a miglioramenti in materiali futuri”.
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