CONVERSIONE E STOCCAGGIO DI ENERGIA: I SISTEMI FOTOSINTETICI ARTIFICIALI

In recent times, solar energy conversion is subject of much scientific research with the aim of producing artificial photosynthetic systems of various types. These can reduce the use of fossil fuels in favour of the current global ecological problem, exploiting renewable energies and the photolysis reaction of water, a source of electrons. In this thesis the basic mechanisms of photoinduced electron transfer are described (Marcus theory). In the second part of the work attention is given to the use of particulate oxide-based photocatalysts for direct water splitting, which is a potential way of achieving scalable and economically viable solar hydrogen production. In particular, a recent photcatalytic system for water photosplitting based on a modified aluminium-doped strontium titanate (SrTiO3:Al), reaching external quantum efficiency of up to 96 per cent at wavelengths between 350 and 360 nm is described.

La conversione e lo stoccaggio di energia sono fondamentali per ottenere una gestione efficiente delle risorse di energia rinnovabile. La conversione dell'energia solare e il suo immagazzinamento sotto forma di energia chimica è un tema di primaria importanza nella ricerca di base e applicata e va sotto il nome di fotosintesi artificiale. La fotosintesi artificiale consiste nella la conversione diretta di energia solare in energia chimica attraverso la sintesi fotoindotta di specie chimiche ad alta energia, quali idrogeno e altri combustibili, a partire da specie a bassa energia come acqua e anidride carbonica, un processo ispirato alla fotosintesi naturale. In questa tesi sono descritti i meccanismi alla base di questo fenomeno con particolare attenzione al fenomeno di trasferimento elettronico (teoria di Marcus) e dei processi fotoindotti di trasferimento elettronico in specie molecolari. Nella seconda parte del lavoro l'attenzione è focalizzata sulla possibilità di ottenere la reazione diretta di fotoscissione dell'acqua usando ossidi policristallini che forniscono una possibile strada, semplice ed economica, alla produzione di idrogeno solare. Viene in particolare descritto un sistema recentemente riportato dal Prof. Domen (Università di Tokyo), basato su titanato di stronzio drogato con Al (SrTiO3:Al), per il quale è stata riportata un'efficienza quantica del 96% usando radiazione di lunghezza d'onda di 360 nm, nella reazione di fotoscissione di H2O.