(Ricerca delle Universita' di Montreal e di Michigan)
La scissione dell'acqua per mezzo della radiazione solare consente di ottenere notevoli quantita' di energia dal sole e di immagazzinarla come energia chimica pulita, ed e' l'approccio piu' economico e piu' promettente per la generazione di energia rinnovabile e che consente di rimediare alla attuale situazione di forte contaminazione ambientale ed atmosferica con surriscaldamento globale al suolo dell'intero pianeta con effetti catastrofici.
Notevoli risultati sono gia' stati ottenuti mediante la realizzazione di celle solari foto-elettrochimiche con struttura microporosa (gia' descritte in questo blog}a base di triple giunzioni di Silicio, elettrocatalizzatori a base di Pt e IrO2, e soluzioni acquose adeguate a pH acido e membrane per il trasporto ionico.
Queste celle pero' non si prestano per scindere direttamente acqua marina, mentre le celle a base unicamente fotochimica possono essere alimentate con acqua marina per la scissione ad Idrogeno ed Ossigeno puri.
Nella cella fotochimica che tratta acqua neutra anche marina la scissione ad Idrogeno ed Ossigeno avviene direttamente su un solo contro-elettrodo di dimensioni nanometriche (nanowires o nanosheets) sulla cui superficie sono monoliticamente integrati i co-catalizzatori a base di Rodio e Rodio/Sesquiossido di Cromo (Rh/Rh-Cr2O3}.
Non e' richiesto per una cella fotochimica un elettrolita conduttore di ioni ed un substrato conduttivo per i co-catalizzatori, sicche' il problema della conduzione ionica in soluzione e' grandemente ridotto grazie alla molto piu' semplice, compatta e integrata struttura dei nanowires e/o nanosheets.
Con la struttura molto piu' semplice di questi diodi o fotocellule integrate di dimensioni nanometriche si possono realizzare grandi impianti di produzione di Idrogeno con sistemi a pannelli solari di 1 mt x 1 mt ciascuno dove sono inseriti su un supporto silicico una sequenza di nanosteli cilindrici o nanofoglie affiancate, i quali coperti da un leggero strato di acqua (1 mm di spessore}e inondati dalla luce solare producono grandi quantita' di Idrogeno.
Semplificando la struttura di un pannello fotochimico e' assimilabile ad uno strato di "erba sintetica" costituita da steli nanometrici affiancati di diodi o celle fotochimiche che, coperti da uno strato minimo di acqua e illuminati dal sole generano Idrogeno e Ossigeno che si liberano sotto forma di bolle di gas e vengono raccolti in forma centralizzata.
L'Idrogeno e l'Ossigeno generati a freddo dai nanosteli di erba catalitica sintetica necessitano di essere successivamente separati con opportune colonne di adsorbimento o membrane di separazione.
Nella pubblicazione allegata sono illustrate chiaramente queste strutture a nanosteli di fotocatalizzatore piu' co-catalizzatori di splitting, che compongono uno strato piano di erba sintetica catalitica sensibile alla luce solare con generazione di Idrogeno.
La struttura dei nanosteli erbosi e' costituita da semiconduttori in particolare di Gallio-Indio-Nitruro in grado di assorbire un'ampia gamma di radiazione solare (ultravioletto, visibile e infrarosso vicino}generando coppie ioniche catione-elettrone stabili, consentendo la migrazione rapida degli elettroni ai co-catalizzatori che provocano lo splitting dell'acqua con reazioni di natura radicalica e ionico-radicalica.
Nel lavoro qui citato si descrivono le strutture realizzate di nano-steli di GaInN che spontaneamente con la radiazione solare generano separazione di coppie ioniche catione/elettrone ed innescano la reazione di splitting dell'acqua ad opera dei co-catalizzatori incorporati Rh + Rh/Cr2O3 localizzati in posizioni specifiche degli steli nanowires o nanosheets di GaIn N.
E' anche presente in concentrazioni definite un dopante (Mg}che stabilizza le coppie ioniche e indirizza gli elettroni verso i co-catalizzatori di splitting.
I dettagli costruttivi del diodo e relativi co-catalizzatori sono specificati esattamente nell'articolo allegato.
L'efficienza di conversione dell'energia solare ad Idrogeno e' ca.il 3,3 %.
Allegato il link dell'articolo di A. Chowdhury e altri.
https://www.nature.com/articles/s41467-018-04067-1
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