Un cristallo poroso chiamato BVR-19 usa la luce per favorire la produzione di idrogeno dall’acqua, senza richiedere un ulteriore catalizzatore metallico costoso. Il materiale, studiato da Kyriakos Stylianou e dai suoi collaboratori della Oregon State University, potrebbe offrire indicazioni per progettare sistemi più efficienti per trasformare la luce solare in combustibile. I risultati sono stati pubblicati il 14 settembre 2026 sul Journal of the American Chemical Society.
L’idrogeno può alimentare veicoli a celle a combustibile, ma oggi viene spesso prodotto dal gas naturale, un processo che rilascia anidride carbonica. L’acqua è una fonte alternativa, ma per separare l’idrogeno dall’ossigeno serve energia. Se questa proviene da fonti pulite, il combustibile può risultare più costoso.
Un metodo già disponibile è l’elettrocatalisi: si fa passare elettricità attraverso un catalizzatore, una sostanza che accelera una reazione chimica senza subire cambiamenti permanenti. Perché il processo sia sostenibile, però, l’elettricità deve essere rinnovabile e poco costosa. Stylianou ha indicato un divario significativo: circa 1,50 dollari al chilogrammo per l’idrogeno ottenuto con il reforming del metano con vapore, il processo convenzionale basato sul gas naturale, contro circa 5 dollari al chilogrammo per quello verde. Ridurre la differenza potrebbe avere effetti anche oltre il settore dei trasporti: l’idrogeno è usato, tra l’altro, per produrre ammoniaca, raffinare metalli e fabbricare materie plastiche.
BVR-19 appartiene alle strutture metallo-organiche, o MOF: materiali cristallini in cui molecole organiche collegano ioni metallici con carica positiva, formando pori su scala nanometrica. La scelta dei metalli e dei componenti organici permette di modificarne le proprietà. Finora sono state sintetizzate quasi 100.000 MOF e le proprietà di altre mezzo milione sono state previste, tra milioni di configurazioni possibili.
«Modificando il metallo e mantenendo sostanzialmente invariato il resto del materiale, abbiamo scoperto perché alcune versioni della MOF funzionano molto meglio di altre», ha dichiarato Stylianou. «Questi risultati forniscono nuove regole di progettazione per creare materiali più efficaci per la produzione di combustibili solari».
Oregon State University
Quando la luce colpisce BVR-19, rompe temporaneamente un legame tra due atomi di zolfo e genera specie reattive dello zolfo. Il materiale agisce così da fotocatalizzatore: assorbe la luce, raggiunge uno stato energetico superiore e usa quell’energia per favorire una reazione chimica.
«È la componente organica a svolgere il lavoro più importante», ha detto Stylianou. «Invece di affidarsi principalmente agli atomi metallici, il nostro materiale usa i componenti organici contenenti zolfo per catturare l’energia luminosa e trasferire gli elettroni dove servono per produrre idrogeno. È un modo diverso di concepire la progettazione di questi materiali».
Secondo Stylianou, il fatto che BVR-19 non abbia bisogno di un ulteriore catalizzatore metallico costoso potrebbe semplificare i futuri sistemi di produzione. Anche la preparazione del materiale potrebbe richiedere meno energia: BVR-19 si forma spontaneamente in una soluzione acquosa a temperatura ambiente. Questo, ha spiegato il ricercatore, rappresenta un vantaggio energetico durante la sintesi.
Per usare idrogeno prodotto in questo modo in un’auto a celle a combustibile, resta però da trasformare le proprietà del materiale in un sistema di produzione conveniente. Stylianou dirige il Materials Discovery Laboratory della OSU, noto come MaD Lab, e considera i risultati un passo verso questo obiettivo. «Il nostro lavoro fornisce un modello per progettare materiali migliori, in grado di ridurre il costo dell’idrogeno verde», ha affermato.
Lo studio, sostenuto dal Murdock Charitable Trust, dalla National Science Foundation e dal College of Science della OSU, è intitolato «Il trasferimento di carica intraligando nelle strutture metallo-organiche favorisce l’evoluzione dell’idrogeno mediata da anioni radicalici». Gli autori sono Emmanuel Nyela Musa, Galen Fritz, Dylan Pyle, Logan S. Lancaster, Taylor D. Krueger, Min Soo Jung, Jacob M. Lessard, Andrzej Gladysiak, Ankit K. Yadav, Silas Musa Blessed, Prayash Mohanty, Jacob S. Hirsch, Hongliang Huang, William F. Stickle, Xiulei Ji, Chong Fang, Tim J. Zuehlsdorff e Kyriakos C. Stylianou. DOI: 10.1021/jacs.6c13238.
Fonte: scitechdaily.com
