Un team di ricerca dell’Istituto per i processi chimico-fisici del CNR, in collaborazione con l’Università di Messina e l’Università di Zurigo, ha scoperto che l’efficienza nella produzione di idrogeno verde tramite fotocatalisi dipende anche dalla disposizione dei legami idrogeno tra le molecole d’acqua vicino alla superficie del semiconduttore.
Questo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Journal of the American Chemical Society.
Le proprietà dell’acqua influenzano significativamente l’efficienza della fotocatalisi, impattando così la quantità di idrogeno prodotta nei processi di produzione dell’idrogeno verde.
La ricerca condotta dal CNR-Ipcf, dall’Università di Messina e dall’Università di Zurigo ha dimostrato che la capacità di produrre idrogeno verde in modo eco-sostenibile attraverso la fotocatalisi è strettamente legata alle proprietà del semiconduttore, come l’ossido di titanio (TiO2), che viene esposto alla luce solare per attivare la reazione chimica.
In questi sistemi, gli atomi di idrogeno, che costituiscono l’idrogeno molecolare, provengono dall’acqua liquida a contatto con il semiconduttore. La luce solare, colpendo il semiconduttore, genera cariche elettriche che, sotto appropriate condizioni, separano le molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno.
“Precedentemente, le ricerche sulla fotocatalisi si concentravano esclusivamente sulle proprietà chimico-fisiche del semiconduttore, mirando a sviluppare fotocatalizzatori stabili, economici ed efficienti per la produzione di idrogeno. Tradizionalmente, l’acqua è sempre stata vista come un ambiente passivo nel quale avviene la reazione chimica, senza un ruolo attivo nella produzione dell’idrogeno”, spiega Giuseppe Cassone, ricercatore del CNR-Ipcf.
Questo nuovo studio, però, evidenzia che l’organizzazione delle molecole d’acqua a livello sub-microscopico è cruciale. Utilizzando tecniche sperimentali e simulazioni avanzate su supercomputer, è stato scoperto che l’efficienza nella produzione di idrogeno dipende non solo dalle caratteristiche del semiconduttore, ma anche significativamente dalla disposizione delle molecole d’acqua nei primi strati adiacenti alla superficie del semiconduttore.
“Questo risultato è innovativo perché per la prima volta mette in luce l’importanza dell’acqua stessa nel processo, aprendo nuove strade per migliorare l’efficienza della produzione di idrogeno verde”, osserva Rosaria Verduci dell’Università di Messina.
Il lavoro offre una comprensione più profonda dei processi di attivazione fotocatalitica e apre nuove prospettive nella progettazione di materiali catalitici capaci di influenzare la struttura dell’acqua a livello molecolare.
“Questi progressi sono fondamentali per una produzione di idrogeno verde più efficiente e sostenibile, contribuendo a un futuro energetico più pulito e rispettoso dell’ambiente, in linea con la transizione verso un’economia globale a zero emissioni entro il 2050”, conclude Fabrizio Creazzo dell’Università di Zurigo.
Lo studio è frutto di una collaborazione tra fisici e chimici industriali. Hanno partecipato Giuseppe Cassone del CNR-Ipcf, Giovanna D’Angelo, Gabriele Centi, Siglinda Perathoner e Rosaria Verduci dell’Università di Messina e Fabrizio Creazzo dell’Università di Zurigo.
