Con questo progetto ci proponiamo di studiare il trasferimento risonante di energia dai materiali plasmonici a semiconduttori per sensibilizzare questi materiali alla luce con energie sia al di sopra che al di sotto delle loro bande proibite.
Molti materiali potenzialmente utili per applicazioni basate sull'energia solare come la fotocatalisi e la fotoelettrocatalisi, non assorbono una porzione sufficiente dell'energia solare o non assorbono la luce in modo da rendere i dispositivi sostenibili.
L'aggiunta di uno strato estremamente sottile di nanomateriale plasmonico (< 20 nm) può portare ad un assorbimento quasi completo della luce alla lunghezza d'onda risonante con il plasmone delle nanostrutture. Questo forte assorbimento può iniziare il trasferimento di energia risonante dipolo-dipolo, spesso noto come trasferimento di energia di Forster (FRET), che consente il trasferimento dell'energia assorbita dalle nanoparticelle ad un semiconduttore vicino.

Lo scopo del presente progetto è sfruttare questo processo per migliorare l'efficienza fotocatalitica solare di alcuni materiali come il diamante e il Cu₂O mirati all'applicazione a reazioni redox efficienti dal punto di vista energetico. In particolare, il diamante (band gap 5,5eV) verrà studiato per la riduzione dell'azoto, una reazione che richiede molta energia (requisito energetico molto più elevato rispetto alla scissione dell'acqua). In questo caso l'energia richiesta è superiore a quella contenuta in un singolo fotone di luce visibile e quindi sono necessari più fotoni per indurre la reazione redox.
I materiali ibridi plasmonici/diamanti saranno inoltre testati e ottimizzati per l'efficienza della fotoemissione indotta dalla luce visibile sia in vuoto che in acqua in un processo che sfrutta l'affinità elettronica negativa della superficie del diamante idrogenato.
Una strategia simile sarà impiegata per sensibilizzare Cu₂O alla luce IR, che rappresenta circa la metà della radiazione solare totale: Cu₂O ha un band gap nel visibile (2 eV), ma il suo range di assorbimento può essere esteso a lunghezze d'onda più elevate mediante la combinazione con nanoparticelle di rame con eccitazioni plasmoniche superficiali risonanti. Dopo l'ottimizzazione spettrale dell'intervallo di assorbimento e trasferimento di energia risonante, i materiali saranno testati come fotocatodi per la scissione dell'acqua.

Questo progetto coinvolge un'unità di ricerca dell'Università di Bologna e una del CNR con due sub-unità: CNR-Nano di Modena e CNR-ISM di Roma che hanno competenze complementari.

Altri dati del Progetto
Acronimo: ResET
Ente finanziatore: Unione Europea - Next Generation EU tramite il bando PRIN 2022 PNRR 
Anno di Inizio e Fine: 2023-2026
Bando call (se presente): Bando PRIN 2022 PNRR
Budget ISM k€ : 75
Ruolo ISM : Project Coordinator
Referente ISM: Patrick O'Keeffe
Ruoli rilevanti ricoperti dal personale ISM: Patrick O'Keeffe - Coordinatore del Progetto
Tutto il personale ISM coinvolto: Patrick O'Keeffe, Daniele Catone, Alessandra Paladini, Francesco Toschi, Stefano Turchini
Gruppo di ricerca/Laboratorio ISM coinvolto: EFSL
Altri Partecipanti: CNR-NANO, Università di Bologna