Svolta nella fotolisi solare dell'acqua per la produzione di idrogeno!

L'introduzione delle strategie "carbon peaking" e "carbon neutral" ha portato a una riduzione delle emissioni di carbonio, con l'idrogeno che rappresenta un'opzione interessante come combustibile pulito. D'altra parte, l'idrogeno è necessario anche per molti processi chimici, come la produzione di fertilizzanti. Tuttavia, l'idrogeno è attualmente ottenuto principalmente attraverso la conversione di acqua e gas, un processo che non solo genera grandi emissioni di carbonio, ma consuma anche grandi quantità di energia termica.

La fotosintesi naturale (piante che usano la luce solare per ottenere atomi di idrogeno dall'acqua) è ben nota, ma esiste una tecnica di "fotosintesi artificiale" per ottenere idrogeno? La produzione di idrogeno fotocatalitico basata sull'idrolisi totale è una tecnologia ecologica e sostenibile che consuma solo luce solare e acqua e non produce emissioni di carbonio, motivo per cui attualmente sta attirando molta attenzione. Tuttavia, la bassa efficienza di conversione da solare a idrogeno (STH) degli attuali THM fotocatalitici ne limita l'applicazione pratica.

Con questo in mente, il team del professor Yonezawa dell'Università del Michigan ha sviluppato una strategia per raggiungere efficienze STH fino al 9,2% utilizzando acqua pura, luce solare concentrata e un fotocatalizzatore di nitruro di indio e gallio, che imita i passaggi chiave della fotosintesi naturale. Esperimenti all'aperto mostrano che rappresenta un importante balzo in avanti per la tecnologia, essendo quasi 10 volte più efficiente di esperimenti comparabili di scissione dell'acqua solare. Nello specifico, i ricercatori hanno dimostrato che la disintegrazione fotocatalitica dell'acqua totale sulle superfici InGaN/GaN non solo promuove la reazione di decomposizione diretta dell'acqua, ma inibisce anche la reazione di complessazione inversa di idrogeno-ossigeno attraverso l'effetto termico infrarosso generato dalla luce solare focalizzata ad alta intensità, consentendo la Nanofili InGaN per esibire un'efficienza di disintegrazione totale dell'acqua fotocatalitica estremamente elevata. I risultati della ricerca sono stati pubblicati nell'ultimo numero di Nature con il titolo "Efficienza da solare a idrogeno superiore al 9% nella scissione fotocatalitica dell'acqua".