Design and development of a SICM/EC device for H2/O2 detection in photoelectrocatalytic water splitting process

Nel secolo scorso si è visto un incremento drammatico dell'importanza delle risorse energetiche. Il mondo industriale è stato segnato da questo cambiamento profondo, rendendo lo sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili una delle più grandi sfide del XXI secolo. In questo contesto, l'idrogeno si pone come il candidato più promettente per la sostituzione del petrolio greggio e negli ultimi anni si è visto un interesse crescente su questo argomento. In particolare, i ricercatori si sono concentrati su metodi sostenibili per la produzione di idrogeno: attualmente la frontiera scientifica è rappresentata dalla scissione dell'acqua mediante fotoelettrocatalisi, il metodo più promettente per la produzione di idrogeno mediante la scissione dell'acqua. In questo lavoro vengono introdotti risultati utili per l'avanzamento tecnologico nel campo della scissione fotoelettrocatalitica dell'acqua. Più specificatamente, viene descritta una nuova sonda per lo studio del catalizzatore, facilmente realizzata: in particolare, l'attenzione viene posta sul rilevamento del pH durante il processo di scissione dell'acqua al di sopra di fotoelettrocatalizzatori microstrutturati. Viene presentato lo studio, la progettazione, la fabbricazione e la caratterizzazione di questo dispositivo integrato microscopio a scansione di conduttanza ionica - elettrochimico (SICM-EC), preparato con materiale elettrodico e rivestimento isolante nuovi. Viene mostrato l'approccio al rilevamento di idrogeno attraverso misure elettrochimiche usando il dispositivo integrato come elettrodo di rilevamento. Viene descritta l'influenza che valori diversi di pH hanno sul potenziale di circuito aperto della sonda, sfruttata per l'analisi del processo di scissione dell'acqua su macro e microelettrodi. Sono stati fabbricati microelettrodi ricoperti da fotoelettrocatalizzatore Co-Pi, noto per combinare molti elementi della fotosintesi naturale con un comportamento auto-riparante. Questi microelettrodi sono stati usati per effettuare la scissione dell'acqua e vengono mostrati dati provenienti da prove sperimentali. Infine, è stato progettato un nuovo dispositivo microfluidico per combinare i vantaggi della fotoelettrocatalisi con le caratteristiche positive dei sistemi microfluidici. Inoltre, attraverso simulazioni è studiata la fluidodinamica che avviene in questo dispositivo proposto. Ulteriori prospettive includono il rilevamento simultaneo di pH e l'imaging topografico dei fotoelettrocatalizzatori, con studi approfonditi sul loro comportamento all'interno di un sistema microfluidico.