Los investigadores del Laboratorio Nacional Caltech y Lawrence Berkeley Berkeley Lab, en solo dos años, casi duplicaron la cantidad de materiales que se sabe que tienen potencial para su uso en combustibles solares.
Lo hicieron desarrollando un proceso que promete acelerar el descubrimiento de combustibles solares comercialmente viables que podrían reemplazar al carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles.
Los combustibles solares, un sueño de investigación de energía limpia, se crean utilizando solo luz solar, agua y dióxido de carbono CO 2 .Los investigadores están explorando una gama de combustibles objetivo, desde gas hidrógeno hasta hidrocarburos líquidos, y la producción de cualquiera de estos combustibles implica la división del agua.
Cada molécula de agua está compuesta por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno se extraen y luego se pueden reunir para crear hidrógeno gaseoso altamente inflamable o combinarse con CO 2 para crear combustibles de hidrocarburos, creando una fuente de energía abundante y renovable. El problema, sin embargo, es que las moléculas de agua no se descomponen simplemente cuando la luz del sol brilla sobre ellas; si lo hicieran, los océanos no cubrirían la mayor parte del planeta.Necesitan un poco de ayuda de un catalizador con energía solar.
Para crear combustibles solares prácticos, los científicos han estado tratando de desarrollar materiales eficientes y de bajo costo, conocidos como photoanodes, que sean capaces de dividir el agua utilizando la luz visible como fuente de energía. Durante las últimas cuatro décadas, los investigadores identificaron solo 16 deestos materiales de photoanode. Ahora, utilizando un nuevo método de alto rendimiento para identificar nuevos materiales, un equipo de investigadores dirigido por John Gregoire de Caltech y Jeffrey Neaton y Qimin Yan de Berkeley Lab han encontrado 12 nuevos photoanodes prometedores.
Un artículo sobre el método y los nuevos photoanodes aparece la semana del 6 de marzo en la edición en línea del Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El nuevo método fue desarrollado a través de una asociación entre el Centro Conjunto para la Fotosíntesis Artificial JCAP en Caltech, y el Proyecto de Materiales de Berkeley Lab, utilizando recursos en la Fundición Molecular y el Centro Nacional de Investigación Científica de Energía NERSC.
"Esta integración de la teoría y el experimento es un plan para realizar investigaciones en un mundo cada vez más interdisciplinario", dice Gregoire, coordinador de empuje de JCAP para fotoelectrocatálisis y líder del grupo de Experimentación de alto rendimiento ". Es emocionante encontrar 12 nuevos fotoanodes potenciales para hacercombustibles solares, pero aún más para tener una nueva tubería de descubrimiento de materiales en el futuro "
"Lo que es particularmente significativo sobre este estudio, que combina experimento y teoría, es que además de identificar varios compuestos nuevos para aplicaciones de combustible solar, también pudimos aprender algo nuevo sobre la estructura electrónica subyacente de los propios materiales".dice Neaton, el director de la Fundición Molecular.
Los procesos de descubrimiento de materiales anteriores se basaron en pruebas engorrosas de compuestos individuales para evaluar su potencial de uso en aplicaciones específicas. En el nuevo proceso, Gregoire y sus colegas combinaron enfoques computacionales y experimentales al extraer primero una base de datos de materiales para compuestos potencialmente útiles, analizándolabasado en las propiedades de los materiales, y luego probando rápidamente los candidatos más prometedores utilizando la experimentación de alto rendimiento.
En el trabajo descrito en el PNAS papel, exploraron 174 vanadatos metálicos: compuestos que contienen los elementos vanadio y oxígeno junto con otro elemento de la tabla periódica.
La investigación, dice Gregoire, revela cómo las diferentes opciones para este tercer elemento pueden producir materiales con diferentes propiedades, y revela cómo "ajustar" esas propiedades para hacer un mejor photoanode.
"El avance clave realizado por el equipo fue combinar las mejores capacidades permitidas por la teoría y las supercomputadoras con experimentos novedosos de alto rendimiento para generar conocimiento científico a una velocidad sin precedentes", dice Gregoire.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Robert Perkins. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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