Un avance significativo en la actividad fotocatalítica de los materiales convencionales se demuestra mediante una heteroestructura bidimensional que comprende nanocapas de dos semiconductores: fósforo negro y tungstato de bismuto. Como informaron los investigadores en la revista Angewandte Chemie , este catalizador aprovecha la energía de la luz visible para dividir el agua y producir hidrógeno, y para descomponer el monóxido de nitrógeno en los gases de escape.
Al igual que las plantas usan la fotosíntesis, ciertos semiconductores pueden absorber la energía de la luz y usarla para impulsar reacciones químicas. Por ejemplo, el tungstato de bismuto Bi 2 WO 6 debería ser, en principio, adecuado paraLa degradación fotocatalítica del monóxido de nitrógeno NO y la producción de hidrógeno. Sin embargo, los resultados hasta ahora no han sido muy satisfactorios. Un enfoque para mejorar el rendimiento de este material es unir nanocapas bidimensionales del tungstato de bismuto en una heterounión en capas conuna segunda nanocapa de un semiconductor diferente.
Un equipo dirigido por Dongyun Chen y Jianmei Lu en la Universidad de Soochow, Suzhou y la Universidad de Jiangsu, Zhenjiang China descubrió que el fósforo negro puede ser un socio adecuado para este tipo de heteroestructura. Este material demuestra propiedades fotocatalíticas, aunque ha tenidoaplicación limitada hasta la fecha.
El fósforo negro consiste en capas onduladas de anillos de seis miembros que se pueden dividir en capas atómicas individuales. Los investigadores cubrieron estas nanocapas de manera uniforme con chips de tungstato de bismuto de 50 nm. Los dos semiconductores están en contacto muy cercano en este producto simple y eficientemente producibleheteroestructura, que produce un efecto sinérgico. El fósforo negro proporciona un amplio rango de absorción en el espectro de la luz solar. Los niveles de energía de los electrones en los dos materiales se colocan favorablemente. Esto permite las cargas positivas y negativas inducidas por la luz agujero de electronespares para ser eficientemente separados, transportados dentro de la heteroestructura y transferidos a moléculas. Los investigadores proponen que el mecanismo de transferencia de carga se asemeja al llamado esquema Z presente en la fotosíntesis.
Como se esperaba, la degradación fotocatalítica del NO por la heteroestructura fue significativamente más efectiva que con otros materiales a base de bismuto. Para la producción fotocatalítica de hidrógeno, se agregó un cocatalizador adicional a base de platino. Bajo irradiación, los electrones pueden moverse dela heteroestructura a átomos de platino, y desde allí pueden reducir rápidamente los iones H + en el agua para formar hidrógeno gaseoso. Con luz visible, la eficiencia del proceso catalítico fue nueve veces mayor que la del tungstato de bismuto puro.
Los investigadores sugieren que el fósforo negro puede tener una amplia aplicabilidad que se extiende a las energías renovables y al tratamiento de los gases de escape.
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Materiales proporcionado por Wiley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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