La era de los combustibles fósiles está destinada a terminar, por varias razones de peso. Como alternativa a los combustibles fósiles, el hidrógeno parece muy atractivo. El gas tiene una enorme densidad energética, se puede almacenar o procesar más, mi. gramo. al metano, o proporcionar directamente electricidad limpia a través de una pila de combustible. Si se produce utilizando solo la luz solar, El hidrógeno es completamente renovable con cero emisiones de carbono.

Hojas artificiales

Similar a un proceso en la fotosíntesis natural, la luz del sol también se puede utilizar en "hojas artificiales" para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. Las hojas artificiales combinan materiales semiconductores fotoactivos y pueden alcanzar eficiencias superiores al 15%. Sin embargo, esas eficiencias récord se obtuvieron utilizando sistemas costosos, que también tienden a descomponerse en soluciones acuosas. Para que la comercialización tenga éxito, los costes deben reducirse y la estabilidad debe aumentar.

Buenos candidatos con una desventaja

Los semiconductores de óxidos metálicos complejos son buenos candidatos para hojas artificiales, ya que son relativamente baratos y estables en soluciones acuosas. Los científicos del HZB-Institute for Solar Fuels centran su investigación en estos materiales. Hasta ahora, Los fotoelectrodos basados ​​en óxidos metálicos han mostrado eficiencias moderadas (solo <8%). Una de las razones es su escasa movilidad del portador de carga (electrones y / o huecos), que es hasta 100.000 veces menor que en los semiconductores clásicos como el arseniuro de galio o el silicio. "Lo que es peor es el hecho de que los portadores de carga en los óxidos metálicos a menudo tienen una vida útil muy corta de nanosegundos o incluso picosegundos. Muchos de ellos desaparecen antes de que puedan contribuir a la división del agua", Dra. Fatwa Abdi, señala un experto del HZB-Institute for Solar Fuels.

Tratamiento térmico con hidrógeno

Una opción para superar esta limitación es un tratamiento térmico en atmósfera de hidrógeno de las capas de óxido metálico después de la deposición. Fatwa Abdi y sus colegas ahora han investigado cómo este tratamiento influye en la duración de la vida, propiedades de transporte y defectos en uno de los fotoelectrodos de óxido metálico más prometedores, vanadato de bismuto (BiVO4).

La vida útil de los portadores de carga se duplicó

Las mediciones de conductividad resueltas en el tiempo revelaron que los electrones y los huecos viven más del doble de tiempo en la mayor parte del BiVO4 tratado con hidrógeno en comparación con el BiVO4 prístino. Como resultado, la fotocorriente general bajo la luz solar se mejora en gran medida. Otras mediciones en Dresde y cálculos teóricos realizados por colegas de KAUST en Arabia Saudita proporcionaron evidencia de que la presencia de hidrógeno en el óxido metálico reduce o desactiva los defectos puntuales en la mayor parte de BiVO4. "Nuestros resultados muestran que el tratamiento con hidrógeno conduce a menos trampas para los portadores de carga y menos oportunidades de recombinarse o perderse. Por lo tanto, más portadores de carga sobreviven por más tiempo y pueden contribuir a la división del agua", Abdi explica.