Il professor Chiyoung Park presso il Dipartimento di scienza e ingegneria energetica, Istituto di scienza e tecnologia di Daegu Gyeongbuk (DGIST; Presidente Kunwoo Lee), ha sviluppato con successo una tecnologia di fabbricazione di nanocompositi fluorofori supramolecolari utilizzando nanomateriali e costruito un sistema di produzione solare organico di bioidrogeno sostenibile.
Attraverso una ricerca congiunta con il professor Hyojung Cha presso il Dipartimento di idrogeno ed energia rinnovabile dell’Università nazionale di Kyungpook, il professor Park ha utilizzato le buone proprietà di adsorbimento della nanosuperficie dell’acido tannico[1]polimeri di metallo-polifenoli per controllare l’autoassemblaggio e le proprietà ottiche dei coloranti fluorescenti identificando anche la fotoeccitazione[2]e meccanismi di trasferimento degli elettroni. Sulla base di questi risultati, ha implementato un sistema di produzione di bioidrogeno basato sull’energia solare utilizzando batteri con enzimi idrogenasi.
Durante la fotosintesi naturale, la clorofilla assorbe l’energia luminosa e trasferisce gli elettroni per convertirla in energia chimica. La fotosintesi artificiale, che emula questo processo naturale di fotosintesi, utilizza la luce solare per produrre risorse preziose, come l’idrogeno, e ha attirato l’attenzione come soluzione energetica sostenibile.
Il team del professor Park ha sviluppato un fotocatalizzatore supramolecolare in grado di trasferire elettroni simili alla clorofilla in natura modificando la rodamina, un colorante fluorescente esistente, in una struttura anfifilica. Il team ha applicato la tecnologia di nanorivestimento metallo-polifenolo basata sull’acido tannico per migliorare le prestazioni e la durata. Di conseguenza, hanno dimostrato la prestazione di produzione di circa 18,4 mmol di idrogeno all’ora per grammo di catalizzatore nello spettro visibile. Questa prestazione è 5,6 volte superiore a quella osservata in studi precedenti utilizzando lo stesso fosforo.
Il gruppo di ricerca ha combinato il colorante supramolecolare di recente sviluppo con Shewanella oneidensis MR-1[3]un batterio capace di trasferire elettroni, per creare un sistema biocomposito che converte l’acido ascorbico (vitamina C) in idrogeno utilizzando la luce solare. Il sistema ha funzionato stabilmente per un lungo periodo e ha dimostrato la sua capacità di produrre idrogeno in modo continuo.
Il professor Park ha dichiarato: “Questo studio segna un risultato importante che rivela i meccanismi specifici dei coloranti organici e della fotosintesi artificiale. In futuro, mi piacerebbe condurre ricerche di follow-up su nuovi sistemi basati sulla chimica supramolecolare combinando microrganismi funzionali e nuovi materiali .”
Questo studio è stato finanziato dal Basic Research Laboratory Project e dal Mid-Career Researcher Support Project della National Research Foundation of Korea e dal Alchemist Project del Ministero del Commercio, dell’Industria e dell’Energia, e i suoi risultati (primo autore: Seokhyung Bu, PhD studente del programma) sono stati pubblicati in Angewandte Chemie Edizione Internazionale.
[1] Acido tannico: è un materiale ecologico che può essere facilmente ottenuto dal caffè e dal tè e la sua nanosuperficie può essere rivestita attraverso un semplice processo. Ha una vasta gamma di applicazioni, tra cui la fotocatalisi e la rimozione degli inquinanti.
[2] Fotoeccitazione: si riferisce al processo di eccitazione degli elettroni di una sostanza a uno stato energetico più elevato utilizzando l’energia luminosa (fotoni).
[3] Shewanella oneidensis MR-1: si riferisce a un batterio noto per la sua capacità di scomporre metalli e minerali in natura. Viene utilizzato nella ricerca energetica ecologica, come la produzione di idrogeno.
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