Además de las ranuras grandes, que estaban presentes antes del grabado, Se observó una alta densidad de pequeñas ranuras en las superficies después del grabado. Crédito:NITech
En el contexto actual de lo concerniente a CO 2 niveles y cuestiones de sostenibilidad, continúa la búsqueda de alternativas eficientes y limpias para la producción de energía. Entre los combustibles ecológicos más atractivos que se conocen, El hidrógeno se destaca y hay mucho potencial para su uso. Pero los investigadores aún tienen que encontrar un método rentable y escalable para producir grandes cantidades de hidrógeno. y una economía del hidrógeno todavía no está en juego.
Por ejemplo, el hidrógeno se puede producir a partir de combustibles fósiles, pero el proceso genera CO 2 y es, por lo tanto, no sostenible. Un enfoque respetuoso con el medio ambiente para producir hidrógeno es la división del agua:descomposición de moléculas de agua (H 2 O) para obtener hidrógeno puro (H 2 ). La energía que requiere este proceso se puede obtener directamente de la radiación solar utilizando células fotoelectroquímicas. Estas celdas están compuestas por dos electrodos y un material llamado electrolito; las características de los tres están diseñadas para desencadenar y favorecer las reacciones necesarias de división del agua.
Una característica importante que determina la eficacia de la reacción de separación del agua es la "banda prohibida" del material del fotoelectrodo. La banda prohibida es, en líneas generales, una medida de la energía que deben recibir los electrodos para que la carga pueda transferirse a través de ellos y pueda producirse la reacción. Los materiales de fotoelectrodos con espacios de banda moderados son deseables porque se tendría que capturar menos energía de la radiación solar para provocar la circulación de la carga. A la luz de esta, Los electrodos de carburo de silicio (SiC) se han explorado como una opción prometedora.
Ahora, científicos del Instituto de Tecnología de Nagoya, Japón, han contribuido a una mejor comprensión de estos materiales. "El SiC es uno de los materiales fotoelectrodos más prometedores debido a su durabilidad. Entre sus diversos tipos, 3C-SiC puede absorber parte de la luz visible debido a su banda prohibida moderada y también es capaz de generar hidrógeno, "explica el Dr. Kato, el científico principal de este estudio publicado en Applied Physics Express. No obstante, el rendimiento observado de los fotoelectrodos 3C-SiC existentes es aún menor que el predicho a través de cálculos teóricos.
Para cerrar esta brecha y mejorar el desempeño, los científicos aplicaron un enfoque informado anteriormente:la eficiencia de los fotoelectrodos se puede mejorar dándoles una estructura texturizada. Una superficie resistente permite que la luz incidente atraviese el material varias veces, aumentando la cantidad de luz solar absorbida.
En este estudio, para texturizar las superficies de los fotoelectrodos 3C-SiC, El Dr. Kato y su colega emplearon una técnica llamada "grabado electroquímico". Luego compararon las propiedades ópticas y eléctricas y el rendimiento de varios fotoelectrodos grabados en diversas condiciones. También observaron todas las superficies a través de técnicas avanzadas de microscopía.
Vieron que el grabado se había producido preferentemente en las fallas y dislocaciones existentes en la superficie del material. Su rugosidad superficial se incrementó en gran medida (según lo deseado), sin la formación de "defectos puntuales":anomalías en la estructura base del electrodo.
Su rendimiento, medido a través de su eficiencia de conversión de fotón a corriente bajo un voltaje aplicado (también conocido como "ABPE" o "eficiencia de conversión de fotón a corriente de polarización aplicada"), mostró una mejora. En condiciones óptimas de grabado y deposición de cocatalizador de platino, se encontró que el rendimiento era del 2%. "Este valor de ABPE es el más alto entre las eficiencias reportadas para los fotoelectrodos de SiC hasta ahora. Creemos que nuestro fotoelectrodo 3C-SiC con una textura superficial formada mediante grabado electroquímico es prometedor para aplicaciones de conversión de energía solar a hidrógeno. "concluye el Dr. Kato.
Los científicos dicen que su objetivo final es producir algún día fotocátodos de SiC con eficiencias de solar a hidrógeno comparables a las de otras tecnologías de conversión de energía. Hacer realidad esta visión podría ser un paso clave hacia una economía del hidrógeno más respetuosa con el medio ambiente.
