La fotocatalisi su semiconduttori ha grandi potenzialità applicative, sia per l'immagazzinamento della energia solare sotto forma di energia chimica, ad esempio attraverso la produzione di idrogeno per fotoscissione dell'acqua o per photoreforming di composti organici, ma anche come tecnica molto efficace, utilizzabile anche in combinazione con altre tecniche di ossidazione avanzata, per l'abbattimento di inquinanti dell'acqua e dell'aria.
Proseguendo il lavoro di ricerca degli ultimi anni, si intende rivolgere l'attenzione in modo particolare alla progettazione e caratterizzazione di nuovi fotocatalizzatori, in grado di assorbire efficientemente la luce solare e di produrre specie di alta energia, dalle quali possono aver luogo reazioni endoergoniche per la conversione di energia solare o per l'abbattimento di inquinanti utilizzando la luce solare. Ciò è realizzabile mediante drogaggio selettivo di semiconduttori di opportuna stabilità con specie cationiche o anioniche, per estendere quanto più possibile nel visibile lo spettro di assorbimento di luce da parte dei materiali fotocatalitici, ovvero mediante deposizione di specie, ad esempio nanoparticelle di metalli nobili, che favoriscano la separazione dei portatori di carica fotoprodotti, nonché disperdendo i materiali fotoattivi su substrati microporosi ad ampia area superficiale.
Le proprietà fotocatalitiche dei nuovi materiali verranno studiate non solo in sospensione acquosa, ma anche in forma di film o di sistemi dispersi su materiali diversi in contatto con la fase gassosa, utilizzando un sistema a ricircolazione recentemente allestito, che consente la determinazione in continuo della composizione della fase gassosa mediante analisi gas cromatografica.
Per le sintesi dei nuovi materiali, oltre alle tecniche tradizionali, facendo seguito a studi già in corso di stampa, si farà uso di metodi di flame spray pyrolysis, che si sono dimostrati molto efficaci per produrre materiali fotocatalitici con proprietà mirate per specifiche applicazioni, mentre per la deposizione dei materiali in forma di film si farà uso, in collaborazione con altri gruppi di ricerca, di tecniche di deposizione di cluster o mediante RF magnetron sputtering, tecnica che recentemente ha portato a ottimi risultati per la preparazione di elettrodi fotoattivi da inserire in una cella fotocatalitica per la scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno.
Parallelamente proseguiranno gli studi sugli aspetti meccanicistici dei processi di trasferimento elettronico fotoindotto alla superficie dei materiali fotoattivi, anche in collaborazione con il Prof. Bahnemann dell'Università di Hannover. In particolare verranno esaminati gli effetti indotti sul meccanismo dei processi fotocatalitici dalla presenza di specie depositate in superficie o semplicemente adsorbite sui fotocatalizzatori, in grado di modificare gli equilibri di adsorbimento o i tempi di vita dei portatori di carica fotogenerati.