NANOSOLAR: NANOSISTEMI PER LA FOTOSINTESI ARTIFICIALE E LA PRODUZIONE DI IDROGENO MEDIANTE SCISSIONE FOTOCATALITICA DELL'ACQUA

NANOSOLAR \ue8 un progetto quadriennale mirato ad ottenere la scissione fotochimica dell'acqua, per permettere la produzione efficiente e pienamente sostenibile di idrogeno. Si basa su una serie di risultati fondamentali ottenuti da partner del progetto e pubblicati recentemente in riviste ad alto impatto. L'insieme delle Unit\ue0 di Ricerca garantisce al progetto un livello al top delle competenze internazionali nei campi specifici, con la maggior parte dei team gi\ue0 integrati in collaborazioni straordinariamente produttive. L'innovazione tecnologica e scientifica del progetto \ue8 la progettazione e fabbricazione di una cella fotoelettrochimica (PEC), integrante due foto-elettrodi nanostrutturati totalmente nuovi che garantir\ue0 l'evoluzione parallela di ossigeno ed idrogeno sotto irradiazione visibile. L'approccio al problema \ue8 totalmente innovativo, ed \ue8 ispirato al meccanismo della fotosintesi naturale, con riferimento allo "schema Z", dove due macchine molecolari (gli enzimi PSII e PSI) operano sinergicamente, utilizzando la luce solare per rimuovere elettroni, attraverso l'ossidazione, da una molecola d'acqua e alimentare con essi il processo di riduzione che produce specie chimiche ad alta energia. NANOSOLAR si prefigge di realizzare tale processo tramite la progettazione di nanostrutture capaci di promuovere reazioni chimiche attivate dalla luce all\u2019interfaccia con elettrodi innovativi, per un\u2019efficiente conversione di energia solare ad idrogeno. Il punto chiave non \ue8 replicare i sistemi naturali, troppo complessi e strutturalmente deboli, ma piuttosto mimarne i principi all'interno di nanostrutture artificiali semplici, pi\uf9 robuste ed efficienti. Al cuore di questo progetto ci sono la sintesi, la nanoorganizzazione gerarchica e lo studio della chimica di superficie di moduli molecolari progettati per compiere le funzioni chiave della fotosintesi: antenne in grado di immagazzinare la luce, centri di separazione di carica, catalizzatori redox, ossidi metallici nanostrutturati di tipo n e p e nanostrutture di carbonio; questi ultimi due sistemi hanno la funzione di connettere elettronicamente la parte ossidativa alla riduttiva della PEC, svolgendo il ruolo che nei sistemi naturali \ue8 giocato dai componenti di membrana che uniscono PSII a PSI. L\u2019ingegneria di questi diversi componenti in un unico dispositivo funzionale pone una grande sfida per la chimica contemporanea ed \ue8 sicuramente uno degli obiettivi pi\uf9 ambiziosi della scienza dei materiali. Lo scopo finale di NANOSOLAR \ue8 di aggiungere decisiva conoscenza per la preparazione di materiali capaci di operare la scissione dell'acqua fotoindotta, attraverso un approccio bottom up che parte dalla progettazione molecolare per evolvere in architetture nanodimensionali immobilizzate su superfici funzionali (foto-elettrodi). NANOSOLAR sfrutta le competenze uniche dei gruppi partecipanti nei campi: (1) catalisi di scissione dell\u2019acqua; (2) progettazione di antenne con propriet\ue0 di separazione di carica fotoindotta; (3) nanopiattaforme inorganiche, organiche o ibride, compresi semiconduttori e/o nanostrutture di carbonio; (4) caratterizzazione fotofisica dei componenti molecolari e dei sistemi complessi fotocatalitici; (5) chimica di superficie ed elettrochimica avanzata. L\u2019ottimizzazione di ogni componente molecolare, la modellazione dell\u2019interfaccia nanoassemblata e infine delle superfici e degli elettrodi, convergeranno nell\u2019assemblaggio del prototipo della cella NANOSOLAR. In quest\u2019ottica, gli obiettivi a lungo e medio termine di NANOSOLAR rappresentano un argomento emergente e interdisciplinare al crocevia tra la catalisi omogenea e di superficie, le scienze dei materiali e le nanotecnologie