Científicos en Japón han demostrado que un oxifluoruro es capaz de realizar fotocatálisis impulsada por luz visible [1]. El hallazgo abre nuevas puertas para diseñar materiales para la fotosíntesis artificial y la investigación de energía solar.
Durante la última década, la investigación se ha intensificado para desarrollar fotocatalizadores artificiales eficientes que funcionan bajo luz visible, un objetivo importante para los sistemas de energía renovable.
Ahora, estos esfuerzos han dado un giro sorprendente, con el descubrimiento de un nuevo material fotocatalítico llamado pirocloro [2] oxifluoruro Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 .
Kazuhiko Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech, Kengo Oka de la Universidad de Chuo y colaboradores en Japón han logrado demostrar que Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 funciona como un fotocatalizador estable para la división del agua impulsada por la luz visible y la reducción del dióxido de carbono, con la ayuda de las modificaciones adecuadas de la superficie.
El nuevo material tiene una brecha de banda inusualmente pequeña [3] de alrededor de 2,4 electronvoltios eV, lo que significa que puede absorber luz visible con una longitud de onda de alrededor de 500 nanómetros nm. En general, las brechas de banda superiores a 3 eVestán asociados con una utilización ineficiente de la luz solar, mientras que los menores de 3 eV son deseables para una conversión eficiente de la energía solar.
Es más, el oxifluoruro pertenece a un grupo de compuestos que hasta ahora se habían pasado por alto en gran medida debido a la mayor electronegatividad [4] del flúor, una propiedad que esencialmente los descartó como candidatos para fotocatalizadores impulsados por luz visible.
El nuevo oxifluoruro es "un caso excepcional", dicen los investigadores en su estudio publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
Basado en consideraciones estructurales y cálculos teóricos, concluyen que "el origen de la respuesta a la luz visible en Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 radica en las características únicas específicas de la estructura de tipo pirocloro ".
Es decir, es la fuerte interacción entre ciertos orbitales [5] Pb-6s y O-2p habilitada por la unión corta de Pb-O en la estructura del pirocloro lo que se cree que da lugar a la capacidad del material para absorber la luz visible.
Una limitación es que el rendimiento del nuevo fotocatalizador actualmente sigue siendo bajo, en una cifra de alrededor del 0,01% a 365 nm para el desprendimiento de hidrógeno. Por lo tanto, el equipo de investigación está investigando cómo aumentar el rendimiento modificando Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 mediante el perfeccionamiento de los métodos de síntesis y modificación de superficies.
El presente estudio surgió como resultado de colaboraciones entre institutos como Tokyo Tech, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón JAIST, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales NIMS, RIKEN, Universidad de Kyoto y Universidad de Chuo.
Se espera que los hallazgos conduzcan a nuevas direcciones en la investigación de materiales y el desarrollo futuro de fotocatalizadores heterogéneos bajo luz visible.
términos técnicos
[1] Fotocatálisis impulsada por luz visible: El proceso de convertir energía solar en combustible utilizando materiales semiconductores que absorben luz visible.
[2] Pirocloro: Una de las estructuras cristalinas representadas por una fórmula química de A 2 B 2 X 6 X ', donde A y B muestran cationes, X y X' muestran aniones. Los elementos A y B son generalmente elementos de tierras raras o metales de transición. La presencia de dos enlaces cortos entre el ion del sitio A Pb y el sitio X 'O es la característica de esta estructura.
[3] Band gap: se refiere a la diferencia de energía de un electrón en la banda de valencia y la banda de conducción, que indica la conductividad de un material.
[4] Electronegatividad: una propiedad por la cual los electrones se mantienen firmemente unidos al núcleo. El flúor tiene la electronegatividad más alta entre todos los elementos.
5 orbitales: las regiones donde se puede calcular que los electrones están presentes dentro de los átomos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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