Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito
REFERENTE/I
Lorenzo Zani – CNR
lorenzo.zani@cnr.it
Attività
(A) Studio di celle fotoelettrochimiche (PEC) in configurazione tandem, contenenti sia elettroliti acquosi che polimerici
i) Progettazione, sintesi e caratterizzazione di coloranti e materiali per fotoanodi di celle DS-PEC;
ii) Preparazione e caratterizzazione di polveri di semiconduttori ossidici e loro utilizzo per la fabbricazione di fotocatodi di celle PEC;
iii) Sviluppo e caratterizzazione di una cella fotoelettrochimica per la produzione di H2 con efficienza del 15%.
(B) Studio di sistemi per lo splitting (foto)-termico di H2O
i) Sviluppo di materiali perovskitici e reattori a letto fluidizzato per la produzione continua di H2 attraverso solar thermochemical water splitting;
ii) Sviluppo di materiali a base di calcogenidi di W e Mo da utilizzare per processi di water-splitting.
Figura 1
(a) Schema di una cella DS-PEC e microscopia SEM dei materiali; (b) Schema di un reattore a letto fluidizzato e materiale pervoskitico
Risultati
Attività su dispositivi di tipo A:
•Design, sintesi e caratterizzazione di tre nuovi coloranti organici, di un catalizzatore di Ru e di materiali inorganici per fotoanodi di DS-PEC; svolgimento di test preliminari in DS-PEC a tre elettrodi; sintesi su scala più grande del colorante migliore;
•Fabbricazione di fotocatodi a base di CuO, Cu2O, CuFeO2 e CuFe2O4 tramite processi facilmente scalabili come la serigrafia; ottimizzazione dei parametri di deposizione e miglioramento delle proprietà fotoelettrochimiche tramite deposizione superficiale inkjet.
• Fabbricazione di una PEC tandem composta da: (a) fotoanodo a base di ematite (Fe2O3) + co-catalizzatore di NiFeOx; (b) fotocatodo a base di CuO/TiO2 + co-catalizzatore di NiCu; (c) elettrolita a base di membrana polimerica anionica + FUMION; efficienza di produzione di H2 del 15% ad un potenziale di 1.23 V.
Figura 2
Risultati dell’attività A
Attività su dispositivi di tipo B:
• Sintesi del materiale perovskitico La0.6Sr0.4FeO3 supportato su γ-Al2O3, e sua caratterizzazione redox e meccanica; test d’uso in reattori a letto fluidizzato direttamente irradiati in condizioni di splitting “assistito”, con CH4 come riducente; dimostrazione di ottima riducibilità e ciclabilità; applicazione di un ciclo «a tre step» per l’ottenimento sia di H2 puro che di syngas.
• Ottimizzazione della sintesi di WS2 ed MoS2 per migliorarne l’attività catalitica. Caratterizzazione completa mediante diverse tecniche spettroscopiche.
Figura 3
Risultati dell’attività B
Team di ricerca
Il lavoro di ricerca previsto nell’ambito di questa LA è realizzato dal personale afferente a cinque diversi istituti del CNR, comprendente sia ricercatori a tempo indeterminato che personale assunto espressamente per lo svolgimento delle attività progettuali (ricercatori TD, assegnisti di ricerca). I gruppi partecipanti appartengono ai seguenti istituti:
CNR-ICCOM (Sesto Fiorentino, FI) – Responsabile: Dr. Lorenzo Zani
CNR-ISSMC (Faenza, RA) – Responsabile: Dr. Nicola Sangiorgi
CNR-ITAE (Messina) – Responsabile: Ing. Stefano Trocino
CNR-IPCF (Messina) – Responsabile: Dr. Giuseppe Calogero
CNR-STEMS (Napoli) – Responsabile: Dr. Gianluca Landi
TEAM di RICERCA
In collaborazione con:
Documenti
X. Yzeiri, N. Sangiorgi, F. Gambassi, A. Barbieri, M. Calamante, D. Franchi, C. Coppola, A. Sinicropi, B. Ventura, A. Mordini, A. Sanson, L. Zani, «Synthesis, Characterization and Application of Quinoxaline-based Organic Dyes as Anodic Sensitizers in Photoelectrochemical Cells», Dyes Pigm. 2025, 232, 112455. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2024.112455.
S. Scognamiglio, A. Basco, M. Musone, A. Di Nardo, G. Sorbino, G. Landi, «Tunable H2/Syngas Production by Chemical Looping Reforming of Methane over La0.6Sr0.4MxM’1−x(M,M’=Fe,Mn,Co)O3 Perovskites», ChemCatChem 2025, 17, e00554. https://doi.org/10.1002/cctc.202500554.
