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I ricercatori progettano fotocatodi a semiconduttori organici sostenibili con incapsulamento in lamina metallica

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I ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology progettano fotocatodi semiconduttori organici sostenibili con rivestimento in lamina metallica

Gli scienziati del GIST hanno sviluppato, in un nuovo studio, fotocatodi a base di semiconduttori organici stabili a lungo termine e ad alta efficienza che possono essere utilizzati per produrre idrogeno sostenibile tramite la scissione dell’acqua azionata dal sole, incapsulandola con un foglio di titanio decorato con platino. Credito: Sanghan Lee del Gwangju Institute of Science and Technology, Corea

L’idrogeno sta emergendo come una popolare alternativa ecologica alle risorse di combustibili fossili grazie ai suoi prodotti di combustione a emissioni zero (acqua, elettricità e calore) ed è considerato il combustibile di prossima generazione per una società a emissioni zero. Tuttavia, la principale fonte di idrogeno sono, ironia della sorte, i combustibili fossili.

Un modo per produrre idrogeno in modo pulito e sostenibile è attraverso la scissione dell’acqua guidata dalla luce solare. Il processo, noto come “divisione dell’acqua fotoelettrochimica (PEC)” è alla base del funzionamento delle celle fotovoltaiche organiche. Ciò che rende interessante questo metodo è che consente 1) la produzione di massa di idrogeno in uno spazio limitato senza un sistema di rete e 2) la conversione ad alta efficienza dell’energia solare in idrogeno.

Nonostante tali vantaggi, tuttavia, i materiali fotoattivi utilizzati nei PEC convenzionali non hanno le proprietà richieste per un ambiente commerciale. A questo proposito, i semiconduttori organici (OS) sono emersi come un potenziale materiale per fotoelettrodi per la produzione commerciale di idrogeno PEC grazie alle loro elevate prestazioni e alla stampa a basso costo. Ma, come aspetto negativo, i sistemi operativi soffrono di scarsa stabilità chimica e bassa densità di fotocorrente.

Ora, un team di ricercatori guidato dal Prof. Sanghan Lee del Gwangju Institute of Science and Technology, Corea, potrebbe aver finalmente risolto questo problema. Nella loro recente svolta che è apparsa sulla prima pagina di copertina del Giornale di chimica dei materiali Ail team ha adottato un approccio basato sull’incapsulamento del fotocatodo OS in una lamina di titanio decorata con platino, una tecnica nota come “incapsulamento di lamina metallica”, per prevenirne l’esposizione alla soluzione elettrolitica.

“L’incapsulamento in lamina metallica è un approccio potente per la realizzazione di fotocatodi basati su OS stabili a lungo termine poiché aiuta a impedire la penetrazione degli elettroliti nel sistema operativo, migliorando la loro stabilità a lungo termine, come è stato dimostrato nei nostri studi precedenti e in altri rapporti sull’OS a base di fotoelettrodi”, spiega il Prof. Lee.

Il team ha fabbricato una cella fotovoltaica organica, in cui il fotocatodo OS era ricoperto da un foglio di titanio e nanoparticelle di platino ben disperse. Dopo il test, il fotocatodo OS ha mostrato un potenziale di insorgenza di 1 V rispetto all’elettrodo a idrogeno reversibile (RHE) e una densità di fotocorrente di -12,3 mA cm-2 a 0VRHE. In particolare, la cella ha dimostrato una stabilità operativa record, mantenendo il 95,4% della fotocorrente massima per oltre 30 ore senza alcun deterioramento evidente del sistema operativo. Inoltre, il team ha testato il modulo alla luce solare effettiva ed è stato in grado di produrre idrogeno.

Il modulo PEC altamente stabile ed efficiente sviluppato in questo studio può consentire la produzione su larga scala di idrogeno e ispirare percorsi innovativi per la costruzione di future stazioni di servizio a idrogeno. “Con la crescente minaccia del riscaldamento globale, è imperativo sviluppare fonti di energia ecocompatibili. Il modulo PEC esplorato nel nostro studio potrebbe essere installato nelle stazioni di servizio dell’idrogeno, dove l’idrogeno può essere sia prodotto in serie che venduto allo stesso tempo, “dice il prof. Lee.


Fornito da GIST (Gwangju Institute of Science and Technology)

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