Entre los diversos métodos propuestos para generar energía limpia, la división del agua fotocatalítica para producir combustible de hidrógeno libre de carbono es muy prometedora.
Ahora, un nuevo material híbrido construido a partir de una nanocapa de óxido de metal y una molécula absorbente de luz para dividir las moléculas de agua (H2O) para obtener dihidrógeno (H2) bajo la luz solar.
Mientras que los óxidos metálicos que son fotocatalíticamente activos para la división general del agua en H2 y O2 tienen espacios de banda ancha, los óxidos sensibilizados por colorantes pueden utilizar 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 un rendimiento cuántico externo del 2,4%.
Estos resultados son los más altos registrados para los fotocatalizadores sensibilizados por colorante bajo luz visible, lo que lleva al equipo liderado por Kazuhiko Maeda, de Tokio Tech, 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, publicado en el Journal of the American Chemical Society, está construido a partir de nanopartículas de niobato de calcio de alta superficie (HCa2Nb3O10) intercaladas con nanocúmulos de platino (Pt) como sitios de evolución de H2.
Sin embargo, las nanohojas 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 del H2 impulsado por el sol.
Lo que hace que el material sea eficiente es el uso de nanohojas, que pueden obtenerse mediante la exfoliación química de HCa2Nb3O10 laminar.
La gran área de superficie y la flexibilidad estructural de las nanocapas maximizan la carga de tinte y la densidad de los sitios de evolución de H2, lo que a su vez mejora 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.
«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 en un comunicado. «Nuestro nuevo resultado demuestra claramente que esto es realmente posible, utilizando un 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 fotocatalítica del agua puede ser un medio crucial para satisfacer las demandas de energía de la sociedad sin dañar aún más el medio ambiente, y estudios como este son pasos esenciales para alcanzar nuestro objetivo de un futuro más verde.
