Nanoparticelle d'oro per riciclare la CO2

Scanning Electron Micrograph of hexagonal gold nanowire array Scanning Electron Micrograph of hexagonal gold nanowire array lacomj

È il sogno dell'alchimista del XXI secolo: convertire l'anidride carbonica in carburante o prodotti chimici ad uso industriale.

I ricercatori della Brown University hanno dimostrato che nanoparticelle d'oro, fungendo da catalizzatori, possono essere utilizzate per ridurre selettivamente l'anidride carbonica (CO2) in monossido di carbonio (CO), una molecola di carbonio attivo che può essere usata per produrre carburanti alternativi e prodotti chimici di base.

L'idea di riciclare un gas serra come la CO2, di cui il nostro pianeta Terra sovrabbonda, è allettante, ma ci sono degli ostacoli. La CO2 è una molecola estremamente stabile che dovrà essere ridotta ad una forma attiva: "CO" affinché possa tornare utile. Il monossido di carbonio è usato per produrre gas naturale sintetico, metanolo, e altri combustibili alternativi. Ma la conversione della CO2 in CO non è facile.

I primi sviluppi della ricerca hanno mostrato che i catalizzatori in lamina d'oro, pur essendo "attivi" non sono efficienti. Infatti, l'oro tende a reagire sia con la CO2 che con l'acqua in cui è disciolto, creando come sottoprodotto l'idrogeno piuttosto che il desiderato monossido di carbonio.

Dunque il gruppo sperimentale della Brown University, guidato da Shouheng Sun e Wenlei Zhu, ha deciso di provare a ridurre finemente l'oro fino ad arrivare alla scala delle nanoparticelle. Con questa prova hanno scoperto che le nanoparticelle d'oro sono in effetti più selettive, ma affinché siano davvero efficienti, la dimensione di queste particelle si è rivelata davvero importante. In fase di test, solo raggiungendo la dimensione di otto nanometri le particelle d'oro hanno dimostrato avere migliore selettività, raggiungendo un tasso del 90% di conversione della CO2 in CO. Altri "formati dimensionali" che il team ha testato da quattro, sei e dieci nanometri, hanno fallito dimostrandosi totalmente inutili. Pertanto la dimensione delle particelle influenza le loro proprietà catalitiche.

La vera scoperta sta dunque nel fatto che quando sono state ridotte le dimensioni delle particelle d'oro, la loro superficie di queste non era perfettamente sferica (come si potrebbe immaginare in un primo momento), ma irregolare, fatta di "bordi" ed "angoli". Ciò che i ricercatori hanno individuato è che i siti attivi di queste particelle per la conversione di CO2 in CO sono proprio i bordi, mentre gli "angoli" producono idrogeno come sottoprodotto. Per questo la dimensione è importante, e si è rivelata fondamentale, perché al variare di questa, varia anche il numero di bordi ed angoli della particella stessa e quindi la sua efficienza di riciclaggio della CO2. In particolare si è visto che al ridursi della dimensione si riducevano i bordi ed aumentavano gli spigoli.

Dunque ora che è nota quale parte del catalizzatore è attivo per il riciclaggio, i ricercatori stanno lavorando per ottimizzare ulteriormente queste particelle, per cercare di massimizzare i bordi, ossia i siti attivi. Grazie alle nanotecnologie, dunque, si ha inoltre il grande vantaggio di utilizzare molto meno oro di quanto è necessario in un catalizzatore metallico di massa; cosa che si traduce in una riduzione anche del costo di realizzazione, qualora si pensi alla produzione su scala commerciale.

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