La svolta dell'idrogeno sostituisce la plastica con il platino / Hydrogen breakthrough swaps plastic for platinum

 La svolta dell'idrogeno sostituisce la plastica con il platino / Hydrogen breakthrough swaps plastic for platinum

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Bolle di idrogeno in superficie durante la fotocatalisi nel laboratorio di chimica Chalmers /  Hydrogen bubbles to the surface during photocatalysis in the Chalmers chemistry lab 

Un gruppo internazionale di ricercatori ha utilizzato la plastica elettricamente conduttiva al posto del platino per estrarre idrogeno dall'acqua sfruttando la luce solare.

Il platino è da tempo utilizzato come fotocatalizzatore nella produzione di idrogeno solare a partire dall'acqua, ma il metallo prezioso comporta costi elevati, problemi di approvvigionamento ed un'elevata impronta di carbonio. Guidato da scienziati della Chalmers University in Svezia, il nuovo studio mostra come minuscole particelle di plastica elettricamente conduttiva, note come polimeri coniugati, possano essere utilizzate al posto del platino, riducendo drasticamente i costi di produzione dell'idrogeno solare. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Materials. 

"Sviluppare fotocatalizzatori efficienti senza platino è un sogno che si coltiva da tempo in questo campo", ha affermato  Alexandre Holmes, ricercatore di Chalmers e coautore dello studio.

"Applicando la progettazione di materiali avanzati alle nostre particelle di plastica conduttrice, possiamo produrre idrogeno in modo efficiente e sostenibile senza platino, a costi radicalmente inferiori e con prestazioni che possono persino superare i sistemi basati sul platino."

I polimeri coniugati sono stati studiati presso Chalmers per diversi anni come potenziale soluzione al problema del collo di bottiglia del platino nella produzione di idrogeno solare. Tuttavia, i materiali non sono compatibili con l'acqua nella loro forma standard. La chiave della svolta è stata la modifica dei polimeri coniugati a livello molecolare per risolvere questo problema, consentendo alle particelle di plastica conduttiva di essere immerse in acqua ed agire come catalizzatori.

" Abbiamo anche sviluppato un modo per trasformare la plastica in nanoparticelle in grado di migliorare le interazioni con l'acqua e potenziare il processo di conversione della luce in idrogeno", ha affermato Holmes.

“Il miglioramento deriva dalla presenza di catene polimeriche più idrofile e meno compatte all’interno delle particelle.”

Nel reattore del laboratorio di chimica Chalmers, il gruppo ha utilizzato una lampada per simulare la luce solare, con bolle di idrogeno gassoso che apparivano quasi immediatamente e salivano attraverso l'acqua. L'idrogeno veniva raccolto e convogliato attraverso tubi verso un contenitore di stoccaggio, con il volume di gas monitorato in tempo reale. Secondo il gruppo, è necessaria solo una piccola quantità di materiale polimerico coniugato per fornire quantità significative di idrogeno.

"Con appena un grammo di materiale polimerico, possiamo produrre 30 litri di idrogeno in un'ora", ha affermato Holmes.

Nello studio, la vitamina C è stata utilizzata come "antiossidante sacrificale" per impedire che la reazione si bloccasse. Il prossimo passo importante per il gruppo sarà far funzionare il processo utilizzando solo luce solare ed acqua, senza l'aggiunta di sostanze chimiche ausiliarie.

"Eliminare la necessità del platino in questo sistema rappresenta un passo importante verso una produzione di idrogeno sostenibile per la società", ha affermato il professor Ergang Wang, responsabile della ricerca presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica di Chalmers.

"Ora stiamo iniziando ad esplorare materiali e strategie volte a ottenere una scissione completa dell'acqua senza additivi. Ci vorranno ancora alcuni anni, ma crediamo di essere sulla strada giusta."

ENGLISH

An international team of researchers has used electrically conductive plastic in place of platinum to harvest hydrogen from water using sunlight.

Platinum has long been used as a photocatalyst in the production of solar hydrogen from water, but the precious metal brings high costs, supply chain issues, and a high carbon footprint. Led by scientists at Chalmers University in Sweden, the new study shows how tiny particles of electrically conductive plastic - known as conjugated polymers – can be used in place of platinum, dramatically reducing the cost of solar hydrogen production. The work is published in the journal Advanced Materials. 

“Developing efficient photocatalysts without platinum has been a long-standing dream in this field,” said Chalmers researcher Alexandre Holmes, a joint first author of the paper.

“By applying advanced materials design to our conducting-plastic particles, we can produce hydrogen efficiently and sustainably without platinum – at radically lower cost, and with performance that can even surpass platinum-based systems.”

Conjugated polymers have been studied at Chalmers for several years as a potential solution to the platinum bottleneck in solar hydrogen production. However, the materials are not compatible with water in their standard form. Key to the breakthrough was tweaking the conjugated polymers on a molecular level to solve this, enabling the conductive plastic particles to be submerged in water and act as a catalyst.

“We also developed a way to form the plastic into nanoparticles that can enhance the interactions with water and boost the light-to-hydrogen process,” said Holmes.

“The improvement comes from more loosely packed, more hydrophilic polymer chains inside the particles.”

In the reactor at the Chalmers chemistry lab, the team used a lamp to simulate sunlight, with bubbles of hydrogen gas appearing almost immediately and rising through the water. The hydrogen was collected and guided through tubes to a storage container, with the volume of gas monitored in real time. According to the team, just a small amount of conjugated polymer material is needed to deliver significant quantities of hydrogen.

“With as little as one gram of the polymer material, we can produce 30 litres of hydrogen in one hour”, said Holmes.

In the study, vitamin C was used as a ‘sacrificial antioxidant’ to prevent the reaction from stalling. The next major step for the group will be to make the process work using only sunlight and water, without any added helper chemicals.

“Removing the need for platinum in this system is an important step towards sustainable hydrogen production for society,” said research lead Professor Ergang Wang, from the Chalmers Department of Chemistry and Chemical Engineering.

“Now we are starting to explore materials and strategies aimed at achieving overall water splitting without additives. That will need a few more years, but we believe we are on the right track.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/solar-hydrogen-breakthrough-ditches-platinum-catalyst?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20070126%20-%20Wednesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fsolar-hydrogen-breakthrough-ditches-platinum-catalyst&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer