Lo sviluppo di fonti energetiche rinnovabili è un argomento di interesse strategico a causa del progressivo esaurimento dei combustibili fossili e dei gravi problemi ambientali legati alla loro combustione. Tra le possibili alternative, l'idrogeno ha ricevuto una crescente attenzione quale uno dei vettori energetici più promettenti per il futuro. Tuttavia, il passaggio alla cosiddetta "economia dell'idrogeno" come rete di fonti energetiche primarie è ancora ostacolato da significative sfide tecnologiche legate alla preparazione sostenibile di H₂. A questo proposito, la generazione di H₂ promossa dalla luce solare e dall’uso di opportuni semiconduttori è un approccio pulito e sostenibile per un utilizzo praticabile dell'energia solare, una risorsa naturale largamente disponibile ed intrinsecamente rinnovabile, nella produzione di un vettore energetico privo di impronta ecologica.
In tale contesto, processi quali lo splitting elettrochimico dell’acqua, eventualmente fotoattivato, rappresentano alternative attraenti e di strategica importanza per la generazione di H₂ su piccola e media scala. A questo proposito, il gruppo di ricerca di D. Barreca sta esplorando l'uso di nanosistemi a base di ossidi da utilizzare sia in assenza che in presenza di radiazione. Tali materiali, supportati eventualmente anche su substrati porosi quali schiume metalliche, presentano vantaggi unici grazie alla loro peculiare nano-organizzazione, possiedono maggiore service life, e consentono un più facile recupero del catalizzatore dopo il suo utilizzo in confronto ai tradizionali sistemi in polvere.
Per simili applicazioni, opzioni interessanti sono offerte dall'uso di acqua di mare e dalla produzione di H₂ da acque reflue contenenti inquinanti, che consentirebbe la simultanea purificazione dell’acqua e produzione di energia. Il conseguimento di tali obiettivi dipende in modo critico dall'uso di catalizzatori economici, efficienti e durevoli contraddistinti da adeguata selettività nei confronti della reazione di evoluzione di ossigeno, il collo di bottiglia dell’intero processo di splitting dell’acqua. Le attività di ricerca a tutt’oggi condotte hanno portato allo sviluppo di anodi e fotoanodi per i processi di cui sopra, a base di ossidi di metalli di transizione, semplici e misti, caratterizzati da elevata ecocompatibilità e basso costo. Tali sistemi vengono fabbricati mediante metodologie da fase vapore, eventualmente accoppiate con processi operanti da fase liquida. L’ingegnerizzazione delle proprietà di tali materiali anche attraverso la realizzazione controllata di giunzioni metallo/ossido ed ossido/ossido apre un ampio margine di progettualità per la messa a punto di sistemi con proprietà particolari, in alternativa ai tradizionali catalizzatori a base di metalli nobili, costosi e tossici, espesso caratterizzati da insufficiente stabilità a lungo termine.