El cambio climático está en pleno apogeo y continuará sin cesar mientras no logremos reducir significativamente el CO 2 emisiones. Para esto necesitamos todas las opciones. Una idea es devolver el CO de gases de efecto invernadero 2 al ciclo de energía: CO 2 podría procesarse con agua en metanol, un combustible que puede transportarse y almacenarse excelentemente. Sin embargo, la reacción, que recuerda un proceso parcial de fotosíntesis, requiere energía y catalizadores. Si logramos utilizar esta energía de la luz solar ydesarrollando fotocatalizadores activos con luz que no estén hechos de metales raros como el platino, sino de materiales económicos y abundantemente disponibles, habría una posibilidad de que se produzcan combustibles solares "verdes" de una manera neutral al clima.
Los nanomateriales de diamante necesitan UV para la activación
Un candidato para tales fotocatalizadores son los llamados nanomateriales de diamante; estos no son diamantes cristalinos preciosos, sino pequeños nanocristales de unos pocos miles de átomos de carbono que son solubles en agua y se parecen más a una suspensión negra o "espumas de carbono" nanoestructuradas conárea superficial alta. Sin embargo, para que estos materiales se activen catalíticamente, requieren excitación de la luz ultravioleta. Solo este rango espectral de la luz solar es lo suficientemente rico en energía para transportar electrones del material a un "estado libre". Solo entonces electrones solvatadospuede ser emitido en agua y reaccionar con el disuelto 2 para formar metanol
¿Puede ayudar el dopaje?
Sin embargo, el componente UV en el espectro solar no es muy alto. Los fotocatalizadores que también podrían usar el espectro visible de la luz solar serían ideales. Aquí es donde entra el trabajo del científico HZB Tristan Petit y sus socios de cooperación en DIACAT:El modelado de los niveles de energía en dichos materiales, realizado por Karin Larsson en la Universidad de Uppsala, muestra que las etapas intermedias se pueden construir en el intervalo de banda al doparse con átomos extraños. El boro, un elemento trivalente, parece ser particularmente importante.
Experimentos en el espectáculo BESSY II: sí, pero ...
Petit y su equipo investigaron muestras de diamantes policristalinos, espumas de diamantes y nanodiamantes. Estas muestras se habían sintetizado previamente en los grupos de Anke Krüger en Würzburg y Christoph Nebel en Friburgo. En BESSY II, se usó espectroscopía de absorción de rayos X paraMida con precisión los estados de energía desocupados donde los electrones podrían ser excitados por la luz visible. "Los átomos de boro presentes cerca de la superficie de estos nanodiamantes en realidad conducen a las etapas intermedias deseadas en la banda prohibida", explica la estudiante de doctorado Sneha Choudhury, primer autordel estudio. Estas etapas intermedias suelen estar muy cerca de las bandas de valencia y, por lo tanto, no permiten el uso efectivo de la luz visible. Sin embargo, las mediciones muestran que esto también depende de la estructura de los nanomateriales.
Perspectivas: morfología y dopaje con P o N
"Podemos introducir y posiblemente controlar tales pasos adicionales en la banda prohibida del diamante modificando específicamente la morfología y el dopaje", dice Tristan Petit. El dopaje con fósforo o nitrógeno también podría ofrecer nuevas oportunidades.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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