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Nuevo material genera hidrógeno con agua contaminada y luz solar

  • Un nuevo material 2-D genera eficientemente moléculas de hidrógeno, base de la energía alternativa, a partir de agua dulce, salada y contaminada por exposición a la luz solar.

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Los resultados, obtenidos por científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk (TPU) junto con equipos de la Universidad de Química y Tecnología de Praga y la Universidad Jan Evangelista Purkyne, se publican en ACS Applied Materials & Interfaces.

"El hidrógeno es una fuente alternativa de energía. Por lo tanto, el desarrollo de tecnologías de hidrógeno puede convertirse en una solución al desafío energético global. Sin embargo, hay una serie de problemas por resolver. En particular, los científicos todavía están buscando métodos eficientes y ecológicos para producir hidrógeno.

Nuevo material genera hidrógeno con agua contaminada y luz solar

Uno de los métodos principales es descomponer el agua por exposición a la luz solar. Hay mucha agua en nuestro planeta, pero solo unos pocos métodos adecuados para la sal o el agua contaminada. Además, pocos usan el espectro infrarrojo, que es 43% de toda la luz solar", señala Olga Guselnikova, una de las autoras e investigadora de la Escuela de Investigación de Química y Ciencias Biomédicas Aplicadas de TPU.

El material desarrollado es una estructura de tres capas con un espesor de 1 micrómetro. La capa inferior es una película delgada de oro, la segunda está hecha de platino de 10 nanómetros y la tercera es una película de estructuras metálicas orgánicas de compuestos de cromo y moléculas orgánicas.

"Durante los experimentos, regamos el material y sellamos el recipiente para tomar muestras periódicas de gas para determinar la cantidad de hidrógeno. La luz infrarroja provocó la excitación de la resonancia del plasmón en la superficie de la muestra. Los electrones calientes generados en la película de oro se transfirieron a la capa de platino.

Estos electrones iniciaron la reducción de protones en la interfaz con la capa orgánica. Si los electrones alcanzan los centros catalíticos de los marcos organometálicos, estos últimos también se usaron para reducir los protones y obtener hidrógeno ", explica Guselnikova en un comunicado. Los experimentos han demostrado que 100 centímetros cuadrados del material pueden generar 0,5 litros de hidrógeno en una hora. Es una de las tasas más altas registradas para materiales 2-D.

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"En este caso, el marco organometálico también actuó como un filtro. Filtró impurezas y pasó agua ya purificada sin impurezas a la capa metálica. Es muy importante porque, aunque hay mucha agua en la Tierra, su principal el volumen es agua salada o contaminada. Por lo tanto, deberíamos estar listos para trabajar con este tipo de agua ", señala.

En el futuro, los científicos esperan mejorar el material para hacerlo eficiente tanto para el espectro infrarrojo como para el visible. "El material ya demuestra una cierta absorción en el espectro de luz visible, pero su eficiencia es ligeramente menor que en el espectro infrarrojo. Después de la mejora, será posible decir que el material funciona con el 93% del volumen espectral de la luz solar". agrega Guselnikova.

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