La sostenibilità ambientale ed energetica è al centro del Green Deal Europeo. Tra le fonti per la generazione di energia efficiente e pulita, l'idrogeno è considerato il vettore energetico pulito di nuova generazione. Per realizzare la cosiddetta “Economia dell’Idrogeno”, ossia favorire una transizione verso una produzione di energia pulita, è necessaria la ricerca di materiali e metodi operativamente convenienti, efficienti e a basso costo per la produzione di idrogeno rinnovabile.
Attualmente, il costo di produzione dell’idrogeno rinnovabile è ancora troppo elevato per essere competitivo, in particolare attraverso la fotolisi diretta dell’acqua. Per questo motivo, l’ottimizzazione delle tecnologie esistenti e la progettazione di nuovi materiali sono fondamentali. In questo contesto, il contributo della comunità teorico-computazionale è cruciale per scoprire sistemi con proprietà elettro-ottiche ottimizzate per massimizzare sia l’assorbimento della luce solare visibile sia l’efficienza del trasferimento di carica.
In questo scenario, il progetto CoNverSion affronta la sfida scientifica e tecnologica di progettare materiali innovativi come elementi costitutivi per tecnologie efficienti di fotolisi dell’acqua. Una condizione imprescindibile affinché l’attività di modellazione computazionale possa trasferire risultati alle applicazioni tecnologiche è la capacità di descrivere sistemi realistici, che spesso sono strutture policristalline con difetti locali ed estesi, come i bordi di grano, con dimensioni delle strutture locali nell’ordine di alcune decine di nanometri. Questi sistemi sono difficili da descrivere considerando solo modelli computazionali ideali di bulk perfetti o nanostrutture ideali di pochi nanometri.
Nel progetto CoNverSion, proponiamo un'analisi avanzata, attraverso metodi ab-initio, delle proprietà strutturali, elettroniche e ottiche di ossinitruri metallici e non-metallici, come materiali innovativi per la fotolisi dell'acqua. Nonostante il loro potenziale impatto, la caratterizzazione teorica elettro-ottica di questi materiali è ancora ampiamente inesplorata. Studieremo strutture bulk, superfici e sistemi policristallini includendo i bordi di grano, utilizzando metodi mai applicati prima a questi composti, per identificare i migliori materiali candidati per la produzione di H2.
Inoltre, svilupperemo strumenti specifici per identificare facilmente campioni policristallini sperimentali idonei alla fotocatalisi, stabilendo un collegamento preciso tra le proprietà chimiche locali e le firme spettroscopiche dei materiali.
Combinando lo studio ab-initio con lo sviluppo di strumenti di analisi automatizzata sofisticati, CoNverSion favorirà l’utilizzo di questa classe di materiali ancora sottovalutata, aprendo la strada agli ossinitruri privi di metalli. In particolare, il progetto non si limiterà a investigare le proprietà fondamentali degli ossinitruri metallici, ma contribuirà a colmare il divario tra i progressi nella scienza dei materiali e le applicazioni ingegneristiche, supportando così il trasferimento tecnologico e le future applicazioni energetiche su larga scala.