El recuadro muestra una imagen de Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 , demostrado ser capaz de absorber luz visible de una longitud de onda de alrededor de 500 nm. Se cree que esta capacidad se debe a la estructura de enlace alrededor del catión Pb dentro de la red de pirocloro, se muestra a la derecha. Crédito: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Durante la ultima decada, la investigación se ha intensificado para desarrollar eficientes, fotocatalizadores artificiales que funcionan bajo luz visible, un objetivo importante para los sistemas de energía renovable. Los científicos de Japón han demostrado ahora que un oxifluoruro es capaz de realizar una fotocatálisis impulsada por la luz visible. El hallazgo abre nuevas puertas para el diseño de materiales para la fotosíntesis artificial y la investigación en energía solar.
Kazuhiko Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Kengo Oka de la Universidad de Chuo y colaboradores en Japón han logrado demostrar que Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 funciona como un fotocatalizador estable para la división del agua impulsada por la luz visible y la reducción del dióxido de carbono con la ayuda de modificaciones adecuadas de la superficie.
El nuevo material tiene una banda prohibida inusualmente pequeña de alrededor de 2,4 electron voltios (eV), lo que significa que puede absorber luz visible con una longitud de onda de alrededor de 500 nanómetros (nm). En general, los intervalos de banda superiores a 3 eV se asocian con una utilización ineficaz de la luz solar, mientras que los de menos de 3 eV son deseables para una conversión eficiente de la energía solar.
Adicionalmente, el oxifluoruro pertenece a un grupo de compuestos que hasta ahora se habían pasado por alto en gran medida debido a la mayor electronegatividad del flúor, una propiedad que esencialmente los descartó como candidatos para fotocatalizadores impulsados por luz visible.
El nuevo oxifluoruro es "un caso excepcional, "dicen los investigadores en su estudio, que se publica en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
Basado en consideraciones estructurales y cálculos teóricos, concluyen que "el origen de la respuesta a la luz visible en Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 radica en las características únicas específicas de la estructura de tipo pirocloro ". es la fuerte interacción entre ciertos orbitales (Pb-6s y O-2p) habilitada por la unión corta de Pb-O en la estructura del pirocloro lo que se cree que da lugar a la capacidad del material para absorber la luz visible.
Una limitación es que el rendimiento del nuevo fotocatalizador actualmente sigue siendo bajo, en una cifra de alrededor del 0,01 por ciento a 365 nm para el desprendimiento de hidrógeno. Por lo tanto, el equipo de investigación está investigando cómo aumentar el rendimiento modificando Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 mediante el perfeccionamiento de los métodos de síntesis y modificación de superficies.
