Un gruppo di ricercatori dell’Oregon State University ha messo a punto un fotocatalizzatore a eterogiunzione basato su due strutture metallo-organiche con ossidi di rutenio e titanio, migliorando l’efficienza del processo di produzione di idrogeno dall’acqua
Il costo del rutenio non inciderebbe sulla competitività di questo modo di produrre idrogeno verde
Le strutture metallo-organiche (MOF) si stanno affermando rapidamente come una nuova, promettente frontiera per la creazione di materiali catalizzatori che migliorino la produzione di idrogeno per elettrolisi. Negli ultimi anni molte diverse configurazioni hanno impiegato metalli, ossidi metallici, singoli atomi, fosfuri metallici, nitruri metallici e dicalcogenuri metallici. Un gruppo di ricerca della Oregon State University ha migliorato le prestazioni di una delle strade già intraprese, quella di MOF in eterogiunzione, per produrre idrogeno verde in modo più efficiente.
Ossidi di rutenio e titanio per produrre idrogeno verde in modo più efficiente
Questi materiali, di natura cristallina con pori di dimensioni nanometriche, possono essere creati in modo da regolare le loro proprietà strutturali. La configurazione tentata dai ricercatori dell’ateneo statunitense prevede una eterogiunzione tra due materiali, entrambi MOF che impiegano ossidi metallici, con proprietà complementari.
Nel dettaglio, l’eterogiunzione messa a punto nei laboratori dell’Oregon State University consiste in un primo strato caratterizzato da ossido di rutenio e un secondo strato composto da ossido di titanio drogato con zolfo e azoto. Il catalizzatore che ne deriva è stato rinominato RTTA. Per identificare la combinazione migliore, i ricercatori hanno testato diverse varianti dell’RTTA, modificando le quantità degli ossidi di rutenio e titanio.
“Tra i vari materiali RTTA, RTTA-1, quello con il più basso contenuto di ossido di rutenio, ha mostrato il tasso di produzione di idrogeno più rapido e un’elevata resa quantica”, spiega Kyriakos Stylianou, co-autore dello studio.
Di quale livello di efficienza si parla? In un’ora, i ricercatori hanno appurato che 1 grammo del nuovo catalizzatore è in grado di produrre oltre 10.700 micromoli di idrogeno, con un tasso di impiego della luce solare elevato (pari al 10%).
“La straordinaria attività di RTTA-1 è dovuta agli effetti sinergici delle proprietà degli ossidi metallici e delle proprietà superficiali del MOF genitore che migliorano il trasferimento di elettroni”, spiega Stylianou. “Questo studio evidenzia il potenziale delle eterogiunzioni di ossido metallico derivate da MOF come fotocatalizzatori per la produzione pratica di idrogeno, contribuendo allo sviluppo di soluzioni energetiche sostenibili ed efficienti”.
Per essere utilizzabile su scala industriale, questa configurazione del fotocatalizzatore a eterogiunzione dovrà dimostrare di poter garantire stabilità sufficiente ed essere semplice da riprodurre. L’altro scoglio possibile, certo non secondario, è il costo. Proprio sulla questione della convenienza economica, infatti, si gioca gran parte della diffusione futura dell’idrogeno verde prodotto per elettrolisi da energia rinnovabile. Il rutenio impiegato nel fotocatalizzatore è un materiale costoso. Tuttavia, secondo le stime dei ricercatori, la quantità minima che è necessaria per assemblarlo lo rende comunque economicamente sostenibile.
