Los científicos han desarrollado por primera vez una sola molécula que puede absorber la luz solar de manera eficiente y también actuar como catalizador para transformar la energía solar en hidrógeno. una alternativa limpia al combustible para cosas como vehículos a gasolina.

Esta nueva molécula recolecta energía de todo el espectro visible, y puede aprovechar más del 50% más de energía solar que las células solares actuales. El hallazgo podría ayudar a los humanos en la transición de los combustibles fósiles hacia fuentes de energía que no contribuyen al cambio climático.

Los investigadores describieron sus hallazgos en un estudio publicado hoy en Química de la naturaleza . El equipo de investigación estuvo dirigido por Claudia Turro, profesor de química y director del Centro de dinámica química y biofísica de la Universidad Estatal de Ohio.

"La idea es que podemos usar fotones del sol y transformarlo en hidrógeno. En pocas palabras, estamos ahorrando la energía de la luz solar y almacenándola en enlaces químicos para que pueda usarse en un momento posterior, "Dijo Turro.

Los fotones son partículas elementales de luz solar que contienen energía.

Los investigadores mostraron, por primera vez, que es posible recolectar energía de todo el espectro visible de la luz solar, incluido el infrarrojo de baja energía, una parte del espectro solar que anteriormente había sido difícil de recolectar y transformar, Rápida y eficientemente, en hidrógeno. El hidrógeno es un combustible limpio, lo que significa que no produce carbono o dióxido de carbono como subproducto de su uso.

"Lo que lo hace funcionar es que el sistema puede poner la molécula en un estado excitado, donde absorbe el fotón y es capaz de almacenar dos electrones para producir hidrógeno, "Turro dijo." Este almacenamiento de dos electrones en una sola molécula derivada de dos fotones, y usándolos juntos para hacer hidrógeno, no tiene precedentes ".

Convirtiendo la energía del sol en decir, combustible para un coche, primero requiere un mecanismo para recolectar la energía. Luego, esa energía debe convertirse en combustible. La conversión requiere algo llamado catalizador, algo que acelera una reacción química, permitiendo la conversión de energía solar a energía utilizable como el hidrógeno.

La mayoría de los intentos anteriores de recolectar energía solar y convertirla en hidrógeno se han centrado en las longitudes de onda de la luz solar de mayor energía:piense en los rayos ultravioleta, por ejemplo.

Los intentos anteriores también se han basado en catalizadores que se construyen a partir de dos o más moléculas, que intercambian electrones (energía) a medida que producen combustible a partir de la energía solar. Pero la energía se pierde en el intercambio, haciendo que esos sistemas de múltiples moléculas sean menos eficientes.

Los pocos intentos que se basaron en un catalizador de una sola molécula también fueron ineficaces, Turro dijo, en parte porque no recogieron energía del espectro visible completo de la luz solar, y en parte porque los propios catalizadores se degradaron rápidamente.

El equipo de investigación de Turro descubrió cómo hacer un catalizador a partir de una sola molécula, una forma del elemento rodio, lo que significa que se pierde menos energía. ella dijo. Y descubrieron cómo recolectar energía del infrarrojo al ultraviolento, todo el espectro visible. El sistema que diseñó este equipo de investigación es casi 25 veces más eficiente con luz infrarroja cercana de baja energía que los sistemas anteriores de una sola molécula que operaban con fotones ultravioleta. según el estudio.

En el estudio, los investigadores utilizaron LED para iluminar soluciones ácidas que contienen la molécula activa. Cuando lo hicieron encontraron que se producía hidrógeno.

"Creo que la razón por la que funciona es porque la molécula es difícil de oxidar, ", dijo." Y tenemos que tener energía renovable. Imagínense si pudiéramos usar la luz solar para nuestra energía en lugar de carbón, gas o petróleo, qué podríamos hacer para abordar el cambio climático ".

Antes de que el hallazgo del equipo de investigación se pueda poner en aplicaciones del mundo real, Turro dijo, Todavía hay mucho trabajo por hacer. El rodio es un metal raro y la producción de catalizadores a partir de rodio es cara. El equipo está trabajando para mejorar esta molécula para producir hidrógeno durante un período de tiempo más largo y está trabajando en la construcción del catalizador con materiales menos costosos.