Sensibilizzante naturale estratto da Mussaenda erythrophylla per tintura

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13844 (2023) Citare questo articolo

165 accessi

Dettagli sulle metriche

In questo studio, un colorante naturale estratto dai fiori di Mussaenda erythrophylla estratto separatamente in etanolo e acqua deionizzata è stato impiegato come fotosensibilizzatore nelle DSSC. Le analisi fitochimiche quantitative sono state eseguite su entrambi gli estratti. L'esistenza di flavonoidi (antociani) e pigmenti di clorofilla a nell'estratto etanolico del colorante è stata confermata dalla spettroscopia UV-visibile. Lo studio di stabilità effettuato su detto estratto etanolico ha confermato che il colorante estratto in etanolo era stabile al buio e non si degradava per quasi 50 giorni. La presenza delle molecole di colorante e il loro adsorbimento uniforme sulla superficie di P25-TiO2 sono stati confermati rispettivamente mediante spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier e microscopia a forza atomica. Inoltre, è stata studiata anche l'influenza della concentrazione del colorante e del pH sulle proprietà ottiche del colorante. Il colorante naturale estratto in etanolo è stato impiegato nelle DSSC, fabbricate utilizzando i suddetti fotoanodi P25-TiO2 sensibilizzati con colorante, \({I}^{-}\)/\({I}_{3}^{-}\) elettrolita e controelettrodo Pt. Le prestazioni fotovoltaiche dei dispositivi fabbricati sono state determinate sotto irradiazione simulata con un'intensità di 100 mWcm–2 utilizzando il filtro AM 1.5. Il dispositivo fabbricato con il fotoanodo P25-TiO2 sensibilizzato dal colorante estratto in etanolo a pH = 5 ha mostrato la migliore efficienza di conversione di potenza (PCE) dello 0,41% con JSC di 0,98 mAcm–2 che potrebbe essere attribuita all'assorbimento ottimale della luce in la regione visibile dello spettro solare dalle molecole di clorofilla a e di antociani nel colorante naturale estratto.

Le celle solari sensibilizzate con coloranti (DSSC) hanno attirato l'attenzione di tutto il mondo per molti anni grazie ai bassi costi di produzione e al funzionamento rispettoso dell'ambiente. Il principio di funzionamento del DSSC è simile alla fotosintesi, un processo naturale. Qui, il dispositivo è in grado di generare energia convertendo la luce solare assorbita in energia elettrica. Generalmente, un DSSC è composto da un semiconduttore di ossido di metallo mesoporoso, un sensibilizzatore colorante, un elettrolita contenente ioni ioduro e triioduro e un controelettrodo1. Nel DSSC, i sensibilizzatori svolgono un ruolo chiave nel raccogliere la luce solare e quindi trasformarla in energia elettrica. Numerosi complessi metallici e coloranti organici sono stati sintetizzati e utilizzati come sensibilizzatori. Tuttavia, i coloranti organici sintetici a base di rutenio si sono rivelati efficaci sensibilizzatori. Di gran lunga, l'efficienza più elevata, superiore all'11%, è stata segnalata per le DSSC sensibilizzate dal colorante N7192 a base di Ru. Tuttavia, i percorsi di preparazione dei complessi metallici si basano spesso su procedure a più fasi che comportano procedure di purificazione cromatografica noiose e costose3. Si prevede che la sostituzione dei coloranti organici sintetici con pigmenti naturali, come la clorofilla e l'antocianina, potrebbe risolvere le limitazioni di cui sopra poiché possono essere facilmente estratti dai frutti, dalle foglie, dalle radici e dai fiori delle piante.

Generalmente, molte parti della pianta contengono pigmenti di clorofilla e antociani. La clorofilla è il pigmento più abbondante nelle piante verdi e ciascuna molecola di clorofilla possiede uno ione Mg2+ circondato da quattro anelli pirrolici, uno dei quali è legato a una coda di fitolo4. Le molecole di clorofilla sono descritte come fotorecettori a causa della loro proprietà di assorbimento della luce. Esistono due tipi di clorofilla, vale a dire la clorofilla a e la clorofilla b, che differiscono nella loro struttura nella posizione C3 di uno degli anelli pirrolici. La posizione C3 di detto anello pirrolico nella clorofilla b contiene una catena laterale formilica (–CHO) mentre un gruppo metilico (–CH3) è presente nella stessa posizione nella clorofilla a5. A causa della presenza di diversi sostituenti, le molecole di clorofilla a e clorofilla b mostrano diverse proprietà di assorbimento della luce. Pertanto, la clorofilla assorbe la luce in un ampio intervallo di lunghezze d'onda corrispondenti alle regioni blu, rosse e viola dello spettro visibile6. L'antocianina è un altro pigmento responsabile della varietà di colori nei petali di fiori e frutti. L'utilizzo dell'antocianina come colorante per DSSC porta all'assorbimento della luce nella regione blu-verde dello spettro solare7 e i gruppi carbonilico e idrossile presenti nelle molecole di antociani dimostrano un efficiente ancoraggio alla superficie di TiO2 (fotoelettrodo), consentendo così un efficace meccanismo di iniezione di elettroni in DSSC8.