L’idrogeno è un elemento fondamentale per la transizione energetica. Per ottenerlo con l’aiuto dell’energia solare, i ricercatori della LMU hanno sviluppato nuove nanostrutture ad alte prestazioni. Il materiale detiene un record mondiale per la produzione di idrogeno verde con la luce solare.
Quando Emiliano Cortés va a caccia della luce solare, non usa specchi giganteschi o parchi solari. Al contrario, il professore di fisica sperimentale e conversione dell’energia alla LMU si tuffa nel nanocosmo. “La nostra ricerca inizia nel punto in cui le particelle ad alta energia della luce solare incontrano le strutture atomiche”, afferma Cortés. “Stiamo lavorando su soluzioni materiali per utilizzare l’energia solare in modo più efficiente.” Le sue scoperte hanno un grande potenziale poiché rendono possibili nuove celle solari e fotocatalizzatori. Ma c’è una grande sfida, Cortés lo sa: “La luce solare arriva sulla Terra ‘diluita’, quindi l’energia per area è relativamente bassa.”
I pannelli solari compensano questo problema coprendo vaste aree. Cortés, tuttavia, affronta il problema, per così dire, dalla direzione opposta: con il suo team del Nano-Institute della LMU, finanziato dal cluster di eccellenza per la conversione elettronica, Solar Technologies go Hybrid (un’iniziativa del Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst) e il Consiglio Europeo della Ricerca, sta sviluppando nanostrutture plasmoniche che possono essere utilizzate per concentrare l’energia solare. In una pubblicazione sulla rivista Catalisi della natura, Cortés, insieme al Dr. Matías Herran e ai partner di cooperazione della Libera Università di Berlino e dell’Università di Amburgo, presentano un supercristallo bidimensionale che genera idrogeno dall’acido formico con l’aiuto della luce solare. “Il materiale è così eccezionale, infatti, che detiene il record mondiale per la produzione di idrogeno utilizzando la luce solare”, sottolinea Cortés.
I nano hotspot liberano il potere catalitico
Per il loro supercristallo, Cortés e Herrán utilizzano due metalli in formato nanometrico. “Per prima cosa creiamo particelle nell’intervallo di 10-200 nanometri da un metallo plasmonico, che nel nostro caso è l’oro”, spiega Herrán. “A questa scala, la luce visibile interagisce molto fortemente con gli elettroni dell’oro, facendoli oscillare in modo risonante.” Ciò consente alle nanoparticelle di catturare più luce solare e convertirla in elettroni ad altissima energia. “Si formano campi elettrici forti e altamente localizzati, gli hotspot,” spiega Herrán. Questi si formano tra le particelle d’oro, cosa che ha dato a Cortés e Herrán l’idea di posizionare nanoparticelle di platino proprio negli interspazi. Negli hotspot possiamo consentire loro di convertire l’acido formico in idrogeno”, spiega Herrán. Con un tasso di produzione di idrogeno dall’acido formico di 139 millimoli all’ora e per grammo di catalizzatore, il materiale fotocatalitico detiene attualmente il record mondiale di H2 produzione con luce solare.
Un impulso per una produzione di idrogeno più verde
Oggi l’idrogeno viene prodotto principalmente da combustibili fossili, prevalentemente da gas naturale. “Combinando metalli plasmonici e catalitici, stiamo facendo avanzare lo sviluppo di potenti fotocatalizzatori per applicazioni industriali, come la conversione di CO2 in sostanze utilizzabili”, spiegano Cortés e Herrán. I due ricercatori hanno già brevettato lo sviluppo del loro materiale.
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