Uno de los principales desafíos de la transición a las energías renovables es suministrar energía incluso en ausencia de luz solar. La producción de hidrógeno mediante la división del agua con la ayuda de la luz solar podría ofrecer una solución. El hidrógeno es un buen medio de almacenamiento de energía, y se puede utilizar de muchas formas. Sin embargo, se necesitan catalizadores para dividir el agua. El platino se usa a menudo, pero es raro y caro. Por tanto, los investigadores buscan alternativas más económicas. Ahora, un equipo encabezado por el Dr. Tristan Petit del HZB, junto con colegas dirigidos por el profesor Bin Zhang de la Universidad de Tianjin, Tianjin, Porcelana, ha logrado importantes avances utilizando una clase conocida de fotocatalizadores libres de metales.

Bin Zhang y su equipo se especializan en la síntesis de nitruros de carbono poliméricos (PCN) como catalizador para la producción de hidrógeno. Las moléculas de PCN forman una estructura que se puede comparar con capas delgadas de masa de hojaldre:láminas de este material muy compactas se empaquetan juntas. Los químicos chinos ahora han logrado separar las hojas individuales entre sí mediante un tratamiento térmico de dos pasos relativamente simple, de la misma manera que la masa de hojaldre se separa en capas crujientes individuales en el horno. El tratamiento térmico produjo muestras formadas por nanocapas individuales con poros grandes que contienen diferentes grupos amino con funcionalidades específicas.

Petit y su equipo investigaron una serie de estas muestras de PCN en BESSY II. "Pudimos determinar qué grupos amino y oxigenado se habían depositado en los poros, "dice el estudiante de doctorado Jian Ren, co-primer autor de la publicación. Los investigadores analizaron cómo grupos amino específicos atraen electrones hacia sí mismos, una propiedad particularmente favorable para dividir el agua, y cómo se formaron nuevos defectos a base de oxígeno.

Cuando se combina con níquel como cocatalizador, esas muestras de PCN nanoestructurado en realidad exhibieron una eficiencia récord, 11 veces mayor que el PCN normal bajo irradiación de luz visible.

"Esto demuestra que el PCN es un catalizador potencial interesante para la producción de energía solar a hidrógeno, acercándose a la eficiencia de los catalizadores inorgánicos, "dice Petit, que es miembro Freigeist de la Fundación Volkswagen. "Es más, este trabajo también muestra que las espectroscopias de rayos X suaves son herramientas esenciales para desentrañar posibles sitios catalíticamente activos en fotocatalizadores ".