Effetto del metodo di sintesi di nanoceria drogata con ferro nella produzione fotocatalitica di idrogeno = Effect of iron-doped nanoceria synthesis method in photocatalytic hydrogen production

Negli ultimi anni, il panorama energetico globale si sta evolvendo continuamente a causa di una spinta transizione verso fonti energetiche a basse emissioni e di una crescente consapevolezza riguardo l’impellente tema del cambiamento climatico. In questo contesto l’idrogeno verde, ossia generato da energia rinnovabile mediante elettrolisi dell’acqua, sta avendo un ruolo sempre più centrale nelle politiche energetiche di decarbonizzazione della maggior parte dei governi mondiali. Una delle maggiori criticità del processo di elettrolisi è l’elevata quantità di energia elettrica richiesta; esistono tuttavia altri processi in grado di ottenere idrogeno dall’acqua: tra questi vi è la fotocatalisi, che permette di trasformare l’energia solare in energia chimica. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la progettazione e la sintesi di nanocatalizzatori a base di ossido di cerio (CeO2), comunemente noto come ceria, per la produzione di idrogeno a partire da una soluzione acquosa di metanolo al 10% in volume: quest’ultimo riduce le reazioni di ricombinazione dei prodotti e permette di aumentare la resa finale. Per incrementare la fotoattività dei catalizzatori si è ricorso ad un’operazione di drogaggio utilizzando del ferro. La procedura di sintesi proposta è la precipitazione in ambiente acquoso, utilizzata per produrre catalizzatori con una differente percentuale molare di ferro drogante, che è stata variata da 0 a 5%. Per avere un maggiore controllo sulla dimensione delle particelle sintetizzate e per migliorarne le proprietà fotocatalitiche, è stato successivamente proposto un nuovo protocollo di sintesi, basato sull’utilizzo delle micelle inverse, utilizzando un adeguato tensioattivo. I test catalitici sui campioni sintetizzati, condotti interamente presso l’Università degli Studi di Salerno, hanno evidenziato una fotoattività più spinta per i campioni preparati con le micelle e, tra questi, hanno individuato nel 2.5% molare la quantità ottimale di ferro drogante per avere una maggiore produzione di idrogeno. Per studiare le proprietà chimico-fisiche dei materiali sintetizzati e per correlare la struttura e la composizione dei campioni all’esito dei test, sono state condotte svariate caratterizzazioni, quali l’analisi XRD, l’adsorbimento di N2, la misura di fotoluminescenza, l’analisi al TEM e le spettroscopie UV-Vis, Raman e ICP-MS. Tali analisi hanno confermato la riproducibilità della procedura di sintesi ed evidenziato il riuscito drogaggio con il ferro.