En línea con el agotamiento de los combustibles fósiles y los problemas ambientales que enfrenta nuestro planeta debido a su combustión, el desarrollo de tecnología para la generación de energía limpia es un tema de interés mundial. Entre los diversos métodos propuestos para generar energía limpia, se muestra la división fotocatalítica del aguaEste método utiliza energía solar para dividir las moléculas de agua H2O y obtener dihidrógeno H2. El H2 se puede utilizar como combustible libre de carbono o como materia prima en la producción de muchos químicos importantes.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Kazuhiko Maeda en Tokyo Tech ha desarrollado un nuevo fotocatalizador que consiste en láminas de óxido de metal a nanoescala y una molécula de tinte de rutenio, que funciona de acuerdo con un mecanismo similar a las células solares sensibilizadas por colorante.fotocatalíticamente activo para la división general del agua en H2 y O2 tienen espacios de banda ancha, los óxidos sensibilizados por colorantes pueden utilizar la luz visible, el componente principal de la luz solar. El nuevo fotocatalizador es capaz de generar H2 a partir del agua con una frecuencia de rotación de 1960 por hora y unrendimiento cuántico externo del 2,4%.
Estos resultados son los más altos registrados para los fotocatalizadores sensibilizados con colorante bajo luz visible, lo que lleva al equipo de Maeda un paso más cerca del objetivo de la fotosíntesis artificial: replicar el proceso natural de usar agua y luz solar para producir energía de manera sostenible.
El nuevo material, reportado en Revista de la Sociedad Americana de Química , se construye a partir de nanopartículas de niobato de calcio de alta superficie HCa2Nb3O10 intercaladas con nanoclusters de platino Pt como sitios de evolución de H2. Sin embargo, las nanoplacas modificadas con platino no funcionan solas, ya que no absorben la luz solar de manera eficiente.Por lo tanto, una molécula de colorante de rutenio que absorbe la luz visible se combina con la nanocapa, lo que permite la evolución de H2 impulsada por el sol.
Lo que hace que el material sea eficiente es el uso de nanosheets, que se pueden obtener mediante la exfoliación química de HCa2Nb3O10 laminar. El área de superficie alta y la flexibilidad estructural de los nanosheets maximizan las cargas de tinte y la densidad de los sitios de evolución de H2, que a su vezmejorar la eficiencia de la evolución de H2. Además, para optimizar el rendimiento, el equipo de Maeda modificó las nanocapas con alúmina amorfa, que desempeña un papel importante en la mejora de la eficiencia de transferencia de electrones. "Sin precedentes, la modificación de la alúmina para las nanohojas promueve la regeneración del colorante durante la reacción, sin obstaculizar el electróninyección del tinte en estado excitado a la nanoescala ¬: el paso principal de la evolución H2 sensibilizada por tinte ", dice Maeda.
"Hasta hace poco, se consideraba muy difícil lograr la evolución del H2 a través de la división general del agua bajo luz visible utilizando un fotocatalizador sensibilizado con colorante con alta eficiencia", explica Maeda. "Nuestro nuevo resultado demuestra claramente que esto es realmente posible, utilizandoun híbrido molécula-nanomaterial cuidadosamente diseñado "
Todavía se necesita más investigación, ya que será necesario optimizar aún más el diseño del fotocatalizador híbrido para mejorar la eficiencia y la durabilidad a largo plazo. La división del agua fotocatalítica puede ser un medio crucial para satisfacer las demandas energéticas de la sociedad sin dañar aún másel medio ambiente y estudios como este son pasos esenciales para alcanzar nuestro objetivo de un futuro más verde.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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