LA1.1.34 – Sviluppo di materiali non critici e componenti per celle di fotoelettrolisi in configurazione tandem per la conversione diretta di energia solare in idrogeno e sistemi avanzati per splitting catalitico assistito da energia solare e termica  

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.

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 NiFeO_x; (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 La_0.6Sr_0.4FeO₃ 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. 

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