El hidrógeno es una fuente de energía limpia que se puede producir al dividir las moléculas de agua con luz. Sin embargo, actualmente es imposible lograr esto a gran escala. En un avance reciente, los científicos desarrollaron un método novedoso que utiliza la descarga de plasma en solución paramejorar el rendimiento del fotocatalizador en la reacción de división del agua. Esto abre puertas para explorar una serie de fotocatalizadores que pueden ayudar a aumentar esta reacción.
La crisis medioambiental mundial cada vez más grave, junto con el agotamiento de los combustibles fósiles, ha motivado a los científicos a buscar fuentes de energía limpia. Hidrógeno H 2 puede servir como combustible ecológico y la generación de hidrógeno se ha convertido en un tema de investigación candente.Si bien nadie ha encontrado una forma económica y eficiente de producir energía a gran escala, el progreso en este campo es constante y se han propuesto varias técnicas.
Una de esas técnicas implica el uso de luz y catalizadores materiales que aceleran las reacciones para dividir el agua H 2 O en hidrógeno y oxígeno.Los catalizadores tienen estructuras cristalinas y la capacidad de separar cargas en las interfaces entre algunos de sus lados.Cuando la luz golpea el cristal en ciertos ángulos, la energía de la luz se absorbe en el cristal, haciendo que ciertos electrones se liberen de sus órbitas originales alrededor de los átomos en el material.Cuando un electrón abandona su lugar original en el cristal, se crea una vacante cargada positivamente, conocida como agujero, en la estructura.En general, estos estados "excitados" no duran mucho, y los electrones y agujeros libres eventualmente se recombinan.
Este es el caso con vanadato de bismuto BiVO 4 catalizadores de cristal también.BiVO 4 se ha explorado recientemente para las reacciones de división del agua, dada su promesa como un material en el que puede producirse la separación de carga tras la excitación con luz visible. La rápida recombinación de pares de entidades cargadas "portadores" es una desventaja porque los portadores debenparticipar por separado en reacciones que rompen el agua.
En un estudio reciente publicado en Revista de Ingeniería Química , científicos del Centro de Investigación Internacional de Fotocatálisis en la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, junto con científicos de la Universidad Normal del Nordeste en China, desarrollaron un método novedoso para mejorar las características de separación de carga de BiVO decaédrico diez lados 4 catalizadores de cristal. El profesor Terashima, científico principal del estudio, explica: "Estudios recientes han demostrado que se pueden generar portadores y separarlos en las interfaces entre las diferentes caras de ciertos cristales. En el caso de BiVO 4 sin embargo, las fuerzas que separan los portadores son demasiado débiles para los pares de electrones que se generan ligeramente lejos de las interfaces. Por lo tanto, la separación de portadores en BiVO 4 los decaedros pidieron nuevas mejoras, lo que nos motivó a llevar a cabo este estudio ".
En la técnica que proponen, BiVO 4 los nanocristales están expuestos a lo que se denomina "descarga de plasma en solución", un chorro de materia energética altamente cargado que se produce al aplicar altos voltajes entre dos terminales sumergidos en agua. La descarga de plasma elimina algunos átomos de vanadio V de la superficie deCaras específicas de los cristales, que dejan vacantes de vanadio. Estas vacantes actúan como "trampas de electrones" que facilitan la mayor separación de los portadores. Debido a que estas vacantes están en mayor número en las ocho caras laterales del decaedro, los electrones quedan atrapados en estas caras mientras que los agujerosse acumulan en las caras superior e inferior. Esta mayor separación de carga da como resultado un mejor rendimiento catalítico del BiVO 4 nanocristales, mejorando así su rendimiento de división del agua.
Este estudio representa un uso novedoso de la descarga de plasma en solución para mejorar las propiedades de los cristales. El profesor Akira Fujishima, coautor del artículo, dice: "Nuestro trabajo nos ha inspirado a reconsiderar otros cristales que aparentemente no son efectivos para la división del agua.Proporciona una estrategia prometedora con el uso de plasma de solución para 'activarlos' ". El uso de la descarga de plasma de solución tiene muchas ventajas sobre el uso de plasma gaseoso convencional que lo hace mucho más atractivo tanto desde el punto de vista técnico como económico. Prof Xintong Zhang de la Northeast Normal University, China, comenta: "A diferencia del plasma gaseoso, que debe generarse en cámaras cerradas, el plasma en solución puede generarse en un reactor abierto a temperatura ambiente y en una atmósfera de aire normal. Además, al trabajar con polvos de cristal en una solución,se vuelve más conveniente cambiar los parámetros del proceso, y también es más fácil de ampliar ".
Con suerte, este estudio nos lleva un paso más cerca de una manera eficiente de producir hidrógeno para que finalmente podamos prescindir de los combustibles fósiles y otras fuentes de energía que son perjudiciales para nuestro planeta. Además, comentando sobre la promesa de este estudio, el profesor Terashima dice:"Si se puede producir energía de hidrógeno eficiente utilizando luz solar y agua, dos de los recursos más abundantes en la tierra, se podría lograr una sociedad limpia y soñada".
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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