Surface and interface modification of nanostructured hematite for solar water splitting

La possibilità di produrre idrogeno dalla scissione fotoindotta dell’acqua imitando ciò che la natura fa in ogni istante attraverso la fotosintesi, senza la necessità quindi di utilizzare alcuna fonte aggiuntiva di energia esterna, ha suscitato enorme interesse nella comunità scientifica, stimolata dal sogno di poter sviluppare una società che utilizzi idrogeno come fonte energetica primaria. Negli ultimi quattro decenni abbiamo assistito ad una straordinaria accelerazione nella razionalizzazione delle proprietà chimico-fisiche di materiali semiconduttori su cui si basano sistemi foto-elettrochimici adibiti alla conversione della luce solare in energia chimica e non in corrente elettrica da utilizzare istantaneamente, come nei comuni dispositivi fotovoltaici. Sin dai primi esperimenti di fotolisi, gli ossidi metallici sono stati i protagonisti di tali dispostivi, grazie alla loro eccellente stabilità in soluzioni acquose e alla possibilità di ottenere facilmente morfologie nano-strutturate che hanno garantito un notevole incremento in termini di assorbimento della radiazione luminosa e di capacità catalitiche nei confronti delle reazioni di riduzione ed ossidazione dell’acqua. Nel corso del mio Dottorato di Ricerca ho studiato le dinamiche di trasferimento di carica di elettrodi di ossido ferrico modificati con strutture sia amorfe che cristalline a base di ferro utilizzando, per la caratterizzazione, principalmente tecniche elettrochimiche sia in corrente continua che alternata, affiancate da spettroscopie di superficie e laser per una completa descrizione delle proprietà catalitiche. L’ossido ferrico è un materiale notoriamente impiegato per la foto-ossidazione dell’acqua, anche se la sua scarsa capacità di condurre e trasferire carica richiedono l’applicazione di un potenziale esterno. Utilizzando materiali non nocivi ed economici e semplici procedure in soluzione per la preparazione dei campioni e per le successive modifiche, siamo stati in grado di migliorare le prestazioni degli elettrodi sia in termini di foto-correnti generate che di stabilità, razionalizzando al contempo aspetti meccanicistici coinvolti nei processi di trasferimento di carica responsabili dell’ossidazione dell’acqua.