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Ricerca Unimore sulla produzione di idrogeno, riscuote interesse della Royal Society of Chemistry


Un studio condotto dal gruppo di ricerca della prof.ssa Adele Mucci del Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche di Unimore – Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia in collaborazione con il Weizmann Institute of Science (Israele), ha riscosso l’interesse della Royal Society of Chemistry.

Lo studio, dal titolo “Polimeri foto-attivi chirali migliorano la produzione di idrogeno in celle solari per water-splitting”, è relativo all’impiego di nuovi materiali foto-attivi in celle foto-elettrochimiche.

Una cella foto-elettrochimica è un dispositivo da cui è possibile ottenere idrogeno e ossigeno partendo dall’acqua e sfruttando l’energia solare (solar water-splitting). L’idrogeno prodotto può essere immagazzinato e usato in un secondo momento, per esempio, per produrre energia elettrica di notte quando i pannelli fotovoltaici non sono utilizzabili. Questo ciclo energetico virtuoso è consentito da altri dispositivi, le celle a combustibile, che bruciano idrogeno producendo di nuovo acqua (e non CO2!) e energia elettrica.

In breve, in una cella foto-elettrochimica – spiega la prof.ssa Adele Mucci – la luce colpisce un foto-anodo, formato nel nostro caso da uno strato di biossido di titanio ricoperto da un polimero foto-attivo, innescando una serie di processi che portano alla formazione di ossigeno e di elettroni che migrano verso un catodo, dove si ha la formazione di idrogeno”.

In questo studio sono stati realizzati, dal dott. Francesco Tassinari, prototipi di celle solari per water-splitting contenenti foto-anodi rivestiti da un polimero chirale, sintetizzato dalla dott.ssa Francesca Parenti del Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche di Unimore.

La chiralità – afferma la prof.ssa Adele Mucci – è la proprietà, posseduta da tante molecole organiche, anche di importanza biologica, di non essere sovrapponibili alla propria immagine speculare (così come accade per le mani). I dispositivi a base di polimero chirale sono stati confrontati con altri costruiti utilizzando un polimero del tutto analogo ma achirale (cioè sovrapponibile alla propria immagine speculare) osservando un aumento nella produzione di idrogeno di un fattore 4, a parità di condizioni di esercizio. Incorporando successivamente nel polimero chirale dei nano-cristalli di seleniuro di cadmio, che aumentano la finestra di assorbimento della luce di luce, la produzione di idrogeno è aumentata di un ulteriore fattore 3”.

Alla base di questo notevole aumento nella produzione di idrogeno sta la capacità del polimero chirale di filtrare gli spin degli elettroni coinvolti nella formazione dell’ossigeno, che è l’altro prodotto del processo di foto-elettrolisi. Un ulteriore effetto positivo dell’impiego del polimero chirale è la diminuzione della quantità di acqua ossigenata generata nel processo come sottoprodotto indesiderato.

Questi risultati, pubblicati sul Journal of Physical Chemistry, indicano una nuova strategia da seguire nella realizzazione di dispositivi più efficienti per la produzione di idrogeno. Modificando sinteticamente il polimero si potrà aumentare l’assorbimento di radiazione solare e di conseguenza l’efficienza della cella.

Da quasi vent’anni il nostro gruppo di ricerca – afferma la prof.ssa Adele Mucci di Unimore – si occupa della sintesi di polimeri organici semiconduttori a base tiofenica e da un decennio l’attenzione si è focalizzata principalmente sulla loro applicazione in campo fotovoltaico. Questo è un importante risultato, frutto di una collaborazione tra il nostro Dipartimento e il Weizmann Institute of Science (Israele), dove attualmente è impiegato il dott. Francesco Tassinari”.

Adele Mucci ha conseguito la laurea in Chimica presso Unimore nel 1985. Durante il dottorato di ricerca in Scienze Chimiche (conseguito nel 1990) si è occupata di risonanza magnetica nucleare applicata a studi strutturali. Nel 1992 è diventata ricercatore presso Unimore e dal 2002 è professore associato di chimica organica. Si occupa di sintesi e caratterizzazione di materiali organici coniugati per applicazioni nel campo fotovoltaico e opto-elettronico e di risonanza magnetica nucleare applicata a problematiche ad ampio spettro.

Francesco Tassinari è nato a Bologna, nel 1984. Ha conseguito la laurea in Chimica Industriale presso l’Università di Bologna, specializzandosi in Chimica Macromolecolare. Nel 2013 ha conseguito il Dottorato in Scienze e tecnologie dei prodotti per la Salute presso Unimore, discutendo una tesi dal titolo “Polythiophenes for biosensor applications”. Durante il suo dottorato si è interessato di polimeri chirali e chimica supramolecolare. Dopo il dottorato, ha continuato gli studi a Modena ottenendo una borsa di studio post-doc nel gruppo di ricerca della prof.ssa Mucci, concentrandosi sulla sintesi di polimeri semiconduttori chirali per l’optoelettronica. Dal 2016 è entrato a far parte del gruppo di prof. Naaman presso il Weizmann Institute of Science dove, tra gli altri progetti, continua a lavorare su materiali chirali applicati alla scissione dell’acqua (water splitting).

Francesca Parenti è nata a Modena nel 1974. Ha conseguito la Laurea in Chimica nel 1999 presso Unimore. Nel 2003 ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca in Scienze Chimiche discutendo una tesi dal titolo “Synthesis and characterisation of b-functionalised oligo-and polythiophenes from new building-blocks” presso Unimore. Dal 2006 è ricercatrice (settore Chim06 Chimica Organica) presso il Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche di Unimore dove si occupa di sintesi organica ed in particolare di molecole oligo e polimeriche conduttrici foto-attive per applicazioni nel fotovoltaico, nell’optoelettronica e nelle celle foto-elettrochimiche per water splitting. Nel 2017 ha ottenuto l’abilitazione al ruolo di Professore di II Fascia per il settore concorsuale 03/C1 Chimica Organica.





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