Il diamante seppur tra i materiali più duri conosciuti, sotto la luce del sole inizia a perdere elettroni. Ciò si è rivelato un vantaggio per i ricercatori che lavorano alla sintesi di diversi materiali diamantati che possono essere utilizzati per ridurre le emissioni di anidride carbonica e produrre preziose materie prime.
I ricercatori usano il diamante e la luce del sole per trasformare l’inquinamento da carbonio, in carburante e prodotti chimici
La concentrazione di CO2 nell’atmosfera è in costante aumento e ciò causa molte ripercussioni sull’ambiente. Secondo gli scienziati, non solo è importante smettere di pompare megatonnellate di CO2 nell’atmosfera, ma è altrettanto urgente iniziare a rimuovere quella che è già presente.
Il diamante sintetico esposto alla luce costituisce un nuovo possibile approccio per contribuire a combattere i cambiamenti climatici e fornire un approvvigionamento più sostenibile di materie prime utili in determinati settori industriali. Diversi studi recenti mostrano come l’utilizzo del diamante sintetico possa essere usato con successo per recuperare parte della CO2 presente nell’atmosfera e trasformarla in combustibile e prodotti chimici.
Il nuovo approccio dei ricercatori del progetto DIACAT, finanziato dall’UE. mostra un miglioramento nell’efficienza fotocatalitica rispetto a reattori esistenti che utilizzano processi simili. Per la prima volta viene sperimentata un’intera gamma di composizioni diamantate, che esposte alla luce del sole, sono in grado di ridurre la CO2 in metanolo e formiato.
Sono stati valutati diversi complessi metallici attivi e rivestimenti di ossidi metallici per la loro attività fotocatalitica. Combinando i migliori materiali e le migliori strutture, il gruppo di ricerca ha osservato la più elevata attività fotocatalitica in materiali diamantati, mai registrata finora.
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Il diamante agisce come un albero artificiale
In maniera simile agli alberi reali, che usano CO2, luce solare e acqua per produrre alimenti, i materiali diamantati sintetici sviluppati agiscono come un albero artificiale che usa gli stessi ingredienti per produrre carburante e sostanze chimiche. Dove la natura usa la fotosintesi per produrre glucosio dalla CO2, questi materiali sintetici producono metanolo e formiato su una superficie a base di carbonio utilizzando solventi ecologici e luce solare.
Il metanolo così ottenuto è un biocarburante alternativo che può essere utilizzato per far funzionare le auto. Il formiato, che può essere ulteriormente ridotto ad altri composti, è invece un utile materiale di base per l’industria chimica.
Proprietà ineguagliabili del diamante
Contrariamente a quanto si ritiene di solito, il diamante artificiale è un materiale facilmente reperibile, che può essere realizzato a partire dal metano utilizzando un processo di deposizione chimica di vapore. Le pellicole diamantate depositate sui substrati sono ampiamente disponibili e piuttosto economiche, sono ecocompatibili e non sollevano alcun problema di sicurezza.
Inoltre, il diamante ha una proprietà eccezionale che non ha analoghi in altri materiali semiconduttori. Possiede infatti la cosiddetta affinità negativa degli elettroni: gli elettroni possono lasciare la superficie del diamante senza barriere energetiche aggiuntive quando sono eccitati alla banda di conduzione. Generalmente ciò è possibile solo quando gli elettroni sono eccitati dalla luce ultravioletta a breve lunghezza d’onda, ma in DIACAT sono stati condotti esperimenti con una frazione più grande della luce solare. Si è notato che il diamante emette elettroni con un potenziale di riduzione molto elevato; quindi gli elettroni possono ridurre molecole altamente inerti tra cui la CO2 e l’azoto molecolare.
Questo insieme straordinario di proprietà fisico-chimiche ha consentito ai ricercatori di realizzare una sorta di processo di fotosintesi artificiale in cui la CO2 viene trasformata in molecole organiche con l’aiuto della luce solare e dell’acqua.
La tecnologia rivoluzionaria di DIACAT è una parte importante degli sforzi complessivi dell’UE per combattere i cambiamenti climatici tramite la rimozione di CO2 dall’atmosfera. La tecnologia sarà valorizzata più efficacemente nei luoghi in cui vi sono elevate concentrazioni di CO2, come le centrali elettriche, le acciaierie o i cementifici.
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