Idrogeno dalla luce: i coloranti che si aggregano per produrlo
Un gruppo di ricerca italiano ha verificato come l'aggregazione molecolare attivi la produzione di idrogeno e perossido di idrogeno sotto luce visibile, senza utilizzo di metalli rari
Produrre idrogeno e perossido di idrogeno usando la luce solare, coloranti organici e acqua. Senza metalli rari. Un gruppo di ricerca italiano ha dimostrato che l'aggregazione molecolare - finora considerata un ostacolo - può diventare il meccanismo che rende tutto possibile
Nella fotocatalisi organica vale da sempre una regola: i coloranti funzionano in soluzione, ma si degradano; quando si aggregano, diventano stabili ma perdono reattività.
Il team dell’Università di Padova, coordinato da Luka Ðorđević e in collaborazione con Bologna e Modena-Reggio Emilia, ha dimostrato che questa regola non è universale.
Lo studio, pubblicato su Nature Chemistry, introduce un nuovo principio: la fotocatalisi indotta dall’aggregazione.
Quando le molecole si auto-assemblano in acqua formando nanostrutture cristalline, i loro movimenti interni vengono bloccati. Questa rigidità impedisce la dispersione dell’energia luminosa assorbita e rende gli stati eccitati disponibili per il trasferimento elettronico - cioè per la catalisi.
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I numeri
Con il colorante modello Dsa2+, in forma molecolare disciolta, la produzione di idrogeno è zero. Negli aggregati cinetici ottenuti per schermatura ionica, sale a 10.900 μmol g⁻¹ in 4 ore sotto luce bianca.
La produzione di perossido di idrogeno raggiunge 2.900 μmol g⁻¹ in 4 ore. Gli aggregati sono recuperabili per filtrazione e mantengono piena attività nel tempo.
Perché conta la scoperta
Dal punto di vista applicativo, i vantaggi dell’approccio si sommano. Gli aggregati cinetici mostrano fotostabilità superiore rispetto alle soluzioni molecolari: sotto irraggiamento prolungato, i coloranti disciolti subiscono fotosbiadimento progressivo, mentre gli aggregati mantengono attività nel tempo.
Dopo la fotocatalisi, le nanostrutture sono recuperabili per filtrazione e mantengono piena funzionalità, come confermato dal fatto che il filtrato non mostra alcuna attività nelle stesse condizioni.
L’intero sistema opera in acqua, senza metalli nobili come iridio o rutenio, senza co-catalizzatori diversi da nanoparticelle di platino per l’evoluzione dell’idrogeno.
La precisione chimica propria dei sistemi molecolari - potenziali redox definiti, ingegnerizzazione razionale della struttura - si combina con la stabilità e la recuperabilità tipiche dei materiali eterogenei.
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