Sviluppo di elettrodi funzionali a base di LDH ed α‑Fe₂O₃ per le reazioni HER e OER in sistemi fotoelettrocatalitici

L’idrogeno è un vettore energetico strategico per la transizione verso sistemi a basse emissioni di carbonio, in particolare per la decarbonizzazione dei settori industriali “hard to abate”. Tra le tecnologie per produrlo, l’elettrolisi dell’acqua alimentata da fonti rinnovabili è una delle più promettenti, perché genera idrogeno “verde” e ossigeno senza emissioni dirette di gas serra. In questo contesto, i processi di water splitting fotoelettrocatalitici (PEC) stanno suscitando crescente interesse, in quanto permettono di convertire direttamente l’energia solare in energia chimica attraverso l’attivazione fotoassistita delle reazioni elettrochimiche di OER ed HER, riducendo in modo significativo l’energia elettrica richiesta rispetto all’elettrolisi tradizionale. Il lavoro riguarda la sintesi e caratterizzazione di materiali catalitici ed elettrodi funzionali per le reazioni di evoluzione dell’idrogeno (HER) e dell’ossigeno (OER). I Layered Double Hydroxides (LDH) sono stati depositati su substrati conduttivi per spray coating o elettrodeposizione e caratterizzati tramite diffrazione ai raggi X (XRD), microscopia elettronica a scansione (SEM), spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) e voltammetria a scansione lineare (LSV), da cui si ricavano resistenza di trasferimento di carica, overpotential, onset potential e pendenza di Tafel. Una parte centrale è dedicata ai film sottili di ematite (α‒Fe2O3), semiconduttore tra i più studiati per l’OER per stabilità, abbondanza, non tossicità e band gap adatto alla luce visibile (2.0‒2.2 eV). La sua efficienza è però limitata dalla bassa mobilità dei portatori e dalla rapida ricombinazione elettrone-lacuna, dovuta alla breve lunghezza di diffusione delle lacune (2–4 nm). L’ematite, pura e drogata con Ti, è stata quindi impiegata come fotoanodo e accoppiata agli LDH come co-catalizzatori, per migliorare la separazione delle cariche e la cinetica superficiale e aumentare la fotocorrente sotto illuminazione simulata.