El gas hidrógeno es un combustible "verde" prometedor. El elemento químico más ligero, El hidrógeno es un almacén de energía eficiente y potencialmente podría reemplazar la gasolina en los vehículos. Sin embargo, el elemento no existe en grandes cantidades en la naturaleza, y debe producirse artificialmente.

El hidrógeno se puede producir al dividir el agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). Hay muchas maneras de hacer esto, pero entre los más limpios, y por lo tanto más atractivos, se encuentra el uso de células solares. Estos dispositivos capturan la energía de la luz solar para impulsar la reacción de división del agua.

La luz del sol viene en un espectro teniendo cada color una longitud de onda diferente. Las células solares deben absorber luz de longitudes de onda particulares, dependiendo de cuánta energía necesite la célula para impulsar la reacción. Cuanto más espectro capture, más hidrógeno produce. Desafortunadamente, la mayoría de las células solo absorben longitudes de onda de luz más cortas, correspondiente a la región de mayor energía de la luz visible por debajo del dominio de la luz roja. Esto significa que, si bien se pueden utilizar colores como el azul y la luz verde, el resto se desperdicia.

Ahora, investigadores de la Universidad de Kyushu en Japón y su Instituto de Investigación de Energía Neutral en Carbono (I2CNER) han resuelto potencialmente este problema. Inventaron un dispositivo impulsado por luz infrarroja cercana (NIR), la parte del espectro, invisible a simple vista, con longitudes de onda más largas que la luz roja visible. Por lo tanto, permitieron un espectro de luz más amplio, incluyendo UV, visible, y NIR, para ser cosechado. Su diseño explota hábilmente la química del rutenio, un metal pesado relacionado con el hierro. Su logro fue informado en Edición internacional Angewandte Chemie .

Los materiales híbridos metal-orgánicos particulares son buenos para capturar la luz, lo que ayuda a sus electrones a "saltar" a orbitales en las partes orgánicas de los materiales adheridos al centro metálico. En células solares, este es el primer paso para producir hidrógeno, ya que los electrones son los impulsores de la química. Sin embargo, el salto entre orbitales suele ser tan grande que solo los rayos UV y la región de mayor energía de la luz visible tienen suficiente energía para estimularlos. Rojo, NIR, y la luz IR aún más larga simplemente se refleja o pasa a través de los dispositivos, y su energía permanece sin usar.

El diseño de Kyushu es diferente. "Introdujimos nuevos orbitales de electrones en los átomos de rutenio, "El autor correspondiente del estudio, el profesor Ken Sakai, explica." Es como agregar peldaños a una escalera:ahora los electrones en el rutenio no tienen que saltar tanto. para que puedan utilizar energías de luz más bajas como el rojo y NIR. Esto casi duplica la cantidad de fotones solares que podemos recolectar ".

El truco consiste en utilizar un compuesto orgánico (anillos hexagonales de carbono y nitrógeno) para unir tres átomos de metal en una sola molécula. De hecho, esto no solo crea estos nuevos "peldaños", de ahí la capacidad de usar luz roja y NIR, sino que también hace que la reacción sea más eficiente debido a la expansión espacial de la parte de la molécula que capta la luz. Por lo tanto, se acelera la producción de hidrógeno.

"Ha sido necesario décadas de esfuerzos en todo el mundo, pero finalmente logramos impulsar la reducción de agua para desarrollar H2 usando NIR, "Dice Sakai." Esperamos que esto sea solo el comienzo, cuanto más entendamos la química, cuanto mejor podamos diseñar dispositivos para limpiar, el almacenamiento de energía a base de hidrógeno es una realidad comercial ".