Catalizzatori rivoluzionari: Magonza scopre un nuovo segreto per l'idrogeno verde!

Catalizzatori rivoluzionari: Magonza scopre un nuovo segreto per l'idrogeno verde!

L’11 marzo 2025, i ricercatori dell’Università Johannes Gutenberg di Magonza hanno compiuto progressi rivoluzionari nella ricerca sulla produzione di idrogeno verde. Hanno sviluppato catalizzatori economici ed efficienti per la scissione dell'acqua realizzati in cobalto e tungsteno. Questi materiali non solo sono facilmente accessibili ma anche poco costosi, il che ne aumenta notevolmente l’applicabilità su scala industriale. I risultati completi sono stati pubblicati sulla rivista Angewandte Chemie.

A differenza dei convertitori catalitici convenzionali, che spesso soffrono di una perdita di prestazioni, il convertitore catalitico di nuova concezione mostra una notevole autoottimizzazione. La sua efficienza aumenta nel tempo, a causa dei profondi cambiamenti chimici durante il processo di scissione dell'acqua. Il cobalto cambia da Co2+ a Co3+, mentre il rapporto tra W5+ e W6+ cambia nel tungsteno. Queste dinamiche migliorano la cinetica di reazione dell'evoluzione dell'ossigeno, che è considerata una soglia critica nel processo.

L'innovativo meccanismo di scissione dell'acqua

Un altro contributo significativo alla produzione di idrogeno viene dai ricercatori guidati dal dottor Paolo Giusto, che hanno studiato approfonditamente il meccanismo di scissione dell’acqua utilizzando catalizzatori di nitruro di carbonio. Sono stati in grado di determinare le interazioni dettagliate tra nitruro di carbonio e acqua, in particolare il trasferimento di protoni ed elettroni sotto l'influenza della luce. Il nitruro di carbonio ha dimostrato di essere un catalizzatore efficace, consentendo la produzione di idrogeno tramite la fotosintesi artificiale.

I risultati mostrano che il nitruro di carbonio è in grado di scomporre l’acqua nei suoi componenti ossigeno e idrogeno. Questo processo è fondamentale per promuovere la produzione di materiali catalizzatori più efficienti per la produzione di idrogeno dalla luce solare. Il catalizzatore assorbe la luce e utilizza la sua energia per destabilizzare le molecole d'acqua, provocando così un trasferimento di elettroni accoppiati a protoni che indebolisce i legami chimici dell'acqua.

Prospettive per soluzioni energetiche sostenibili

Gli sviluppi di entrambi i progetti di ricerca hanno implicazioni di vasta portata per la futura produzione di energia. L’autoottimizzazione del catalizzatore a base di cobalto e tungsteno potrebbe contribuire ad aumentare l’efficienza della produzione di idrogeno verde a lungo termine. Allo stesso tempo, i risultati sulla dinamica del nitruro di carbonio e delle molecole d’acqua forniscono una base di comprensione più profonda per la formazione di soluzioni energetiche sostenibili.

Vale la pena menzionare anche il finanziamento di progetti di ricerca: Dandan Gao viene sostenuto nell'ambito del programma Walter Benjamin della DFG, che consente agli scienziati nella fase di qualificazione dopo il dottorato di realizzare i propri progetti di ricerca. Il progetto riceve anche il sostegno della Fondazione Carl Zeiss, della Fondazione Alexander von Humboldt e dell'area profilo JGU SusInnoScience.

Nel complesso, la ricerca su questi catalizzatori avvicina la produzione sostenibile di idrogeno e potrebbe dare un contributo decisivo alla riduzione della dipendenza dai combustibili fossili. Gli sviluppi futuri nella tecnologia dell’idrogeno rimangono una delle aree più interessanti della chimica applicata.