Investigadores de la Universidad de Osaka crean un nuevo material basado en oro y fósforo negro para producir combustible de hidrógeno limpio utilizando el espectro completo de la luz solar.

El cambio climático global y la crisis energética significan que se necesitan con urgencia alternativas a los combustibles fósiles. Entre los combustibles bajos en carbono más limpios se encuentra el hidrógeno, que puede reaccionar con el oxígeno para liberar energía, emitiendo nada más dañino que el agua (H2O) como producto. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno en la tierra ya está bloqueado en H2O (u otras moléculas), y no se puede utilizar para generar energía.

El hidrógeno se puede generar dividiendo H2O, pero esto usa más energía de la que el hidrógeno producido puede devolver. La división del agua a menudo es impulsada por energía solar, la denominada conversión "solar en hidrógeno". Materiales como óxido de titanio, conocidos como semiconductores con la banda ancha ancha, se utilizan tradicionalmente para convertir la luz solar en energía química para la reacción fotocatalítica. Sin embargo, estos materiales son ineficientes porque solo se absorbe la parte ultravioleta (UV) de la luz; el resto del espectro de la luz solar se desperdicia.

Ahora, un equipo de la Universidad de Osaka ha desarrollado un material para recolectar un espectro más amplio de luz solar. Los compuestos de tres partes de este material maximizan tanto la absorción de luz como su eficiencia para la división del agua. El núcleo es un semiconductor tradicional, óxido de lantano y titanio (LTO). La superficie LTO está parcialmente recubierta con pequeñas motas de oro, conocidas como nanopartículas. Finalmente, el LTO cubierto de oro se mezcla con láminas ultrafinas del elemento fósforo negro (BP), que actúa como absorbente de luz.

"BP es un material maravilloso para aplicaciones solares, porque podemos sintonizar la frecuencia de la luz simplemente variando su grosor, de ultrafino a voluminoso, ", dice el líder del equipo, Tetsuro Majima. Esto permite que nuestro nuevo material absorba luz visible e incluso infrarroja cercana, lo que nunca podríamos lograr con LTO solo ".

Al absorber esta amplia corriente de energía, Se estimula la presión arterial para liberar electrones, que luego se conducen a las nanopartículas de oro que recubren el LTO. Las nanopartículas de oro también absorben la luz visible, provocando la sacudida de algunos de sus propios electrones. Los electrones libres en las nanopartículas de oro y de BP se transfieren luego al semiconductor LTO, donde actúan como una corriente eléctrica para dividir el agua.

La producción de hidrógeno con este material se ve reforzada no solo por el espectro más amplio de absorción de luz, pero por la conducción de electrones más eficiente, causado por la interfaz única entre los materiales bidimensionales de BP y LTO. Como resultado, el material es 60 veces más activo que el LTO puro.

"Al recolectar energía solar de manera eficiente para generar combustible limpio, este material podría ayudar a limpiar el medio ambiente, "Majima dice". Además, esperamos que nuestro estudio del mecanismo estimule nuevos avances en la tecnología de fotocatalizadores ".