Investigadores del ICN2 liderados por el profesor ICREA Jordi Arbiol, en colaboración con el IREC y el ICIQ, han producido un material para su uso en la división fotoelectroquímica de agua que no solo es más barato que las alternativas existentes, pero aumenta tanto la eficiencia como el rendimiento del proceso. Basado en la integración de varios materiales en una estructura de nanocables multicapa, la investigación apareció en la portada de este mes Ciencias de la energía y el medio ambiente .

La división del agua fotoelectroquímica (PEC) es un proceso mediante el cual la luz solar se aprovecha en combinación con materiales semiconductores especializados para inducir la electrólisis y separar el hidrógeno de la molécula de agua. Con el cambio climático global impulsando la necesidad de fuentes eficientes de energía sostenible, es un tema que ha recibido mucha atención en los últimos años. Los investigadores del ICN2 en colaboración con el Instituto de Investigaciones Energéticas de Cataluña (IREC) y el Instituto de Investigaciones Químicas de Cataluña (ICIQ) han optimizado las propiedades del material semiconductor para una conversión solar en combustible más eficiente y productiva.

Específicamente, el material semiconductor es necesario para absorber la energía solar y actuar como electrodo en el proceso de división del agua. Hematites, un semiconductor común con una banda prohibida estrecha ideal para absorber el espectro solar, es un posible fotoanodo. Como óxido de hierro (α-Fe ₂ O ₃ ), la hematita se encuentra entre los minerales más abundantes en la superficie de la Tierra y, por lo tanto, es considerablemente más barata que el oro y el platino que se utilizan normalmente. Sin embargo, cuestiones relacionadas con el flujo de carga eléctrica (a saber, transporte de carga deficiente, recombinación de carga superficial y cinética de transferencia de carga lenta) han limitado su aplicación práctica en la división de agua PEC.

Para superar estas limitaciones, estudios previos se han centrado en el desarrollo de compuestos de hematita, estructuras que incorporan un segundo material que confiere propiedades compensatorias o aumentativas a la base de hematites. Se han estudiado varios materiales en formulaciones binarias con la hematita. Jordi Arbiol y su equipo han integrado cuatro materiales completos en una nanoestructura multicapa y han estudiado sistemáticamente el rendimiento PEC del fotoanodo resultante. también arroja luz sobre los mecanismos químicos subyacentes.

En el papel, El primer autor PengYi Tang describe en detalle los procesos de fabricación mediante los cuales los cuatro materiales abundantes en la tierra se unen en una nueva heteroestructura de hematita de núcleo / capa basada en nanocables completa con "nanodots" (ver ilustración). Un estudio de la cinética de transferencia de carga en las interfaces de los electrodos también destaca el papel de la relación densidad de estado superficial / densidad del donante en la determinación de la eficiencia de transferencia de carga del material para la división del agua PEC.

Los fotoanodos compuestos cuaternarios diseñados superan a las estructuras de vanguardia existentes, mientras que el trabajo en su conjunto presenta una imagen más completa del comportamiento de estos fotoanodos integrados.