Un paso más hacia una forma eficiente de producir hidrógeno para que finalmente podamos prescindir de los combustibles fósiles y otras fuentes de energía que son dañinas para nuestro planeta Crédito:Universidad de Ciencias de Tokio
El hidrógeno es una fuente de energía limpia que se puede producir al dividir las moléculas de agua con la luz. Sin embargo, Actualmente es imposible lograr esto a gran escala. En un avance reciente, científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, han desarrollado un método novedoso que utiliza la descarga de plasma en solución para mejorar el rendimiento del fotocatalizador en la reacción de separación del agua. Esto abre las puertas para explorar una serie de fotocatalizadores que pueden ayudar a ampliar esta reacción.
La crisis ambiental global cada vez peor, junto con el agotamiento de los combustibles fósiles, ha motivado a los científicos a buscar fuentes de energía limpia. Hidrógeno (H 2 ) puede servir como combustible ecológico, y la generación de hidrógeno se ha convertido en un tema candente de investigación. Si bien nadie ha encontrado todavía una forma económica y energéticamente eficiente de producir hidrógeno a gran escala, el progreso en este campo es constante y se han propuesto varias técnicas.
Una de esas técnicas implica el uso de luz y catalizadores (materiales que aceleran las reacciones) para dividir el agua (H 2 O) en hidrógeno y oxígeno. Los catalizadores tienen estructuras cristalinas y la capacidad de separar cargas en las interfaces entre algunos de sus lados. Cuando la luz golpea el cristal en ciertos ángulos, la energía de la luz se absorbe en el cristal, provocando que ciertos electrones se liberen de sus órbitas originales alrededor de los átomos del material. Cuando un electrón deja su lugar original en el cristal, una vacante con carga positiva, conocido como un agujero, se crea en la estructura. Generalmente, estos estados "excitados" no duran mucho, y los electrones libres y los huecos finalmente se recombinan.
Este es el caso del vanadato de bismuto (BiVO 4 ) catalizadores de cristal también. BiVO 4 se ha explorado recientemente para las reacciones de desdoblamiento del agua, dada su promesa como material en el que la separación de carga puede ocurrir al ser excitado con luz visible. La rápida recombinación de pares de entidades cargadas ("portadores") es una desventaja porque los portadores deben participar por separado en reacciones que rompen el agua.
En un estudio reciente publicado en Revista de Ingeniería Química , científicos del Centro Internacional de Investigación de Fotocatálisis de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, junto con científicos de la Northeast Normal University en China, desarrolló un método novedoso para mejorar las características de separación de carga de BiVO decaédrico (de diez lados) 4 catalizadores de cristal. Profesor Terashima, científico principal del estudio, explica, "Estudios recientes han demostrado que los portadores se pueden generar y separar en las interfaces entre las diferentes caras de ciertos cristales. En el caso de BiVO 4 , sin embargo, las fuerzas que separan los portadores son demasiado débiles para los pares de huecos de electrones que se generan ligeramente lejos de las interfaces. Por lo tanto, separación de portadores en BiVO 4 decaedros pidieron más mejoras, lo que nos motivó a realizar este estudio ".
En la técnica que proponen, BiVO 4 los nanocristales están expuestos a lo que se denomina "descarga de plasma en solución", un chorro de materia energética muy cargado que se produce al aplicar altos voltajes entre dos terminales sumergidos en agua. La descarga de plasma elimina algunos átomos de vanadio (V) de la superficie de caras específicas de los cristales, dejando vacantes de vanadio. Estas vacantes actúan como "trampas de electrones" que facilitan una mayor separación de los portadores. Debido a que estas vacantes están en mayor número en las ocho caras laterales del decaedro, los electrones quedan atrapados en estas caras mientras que los agujeros se acumulan en las caras superior e inferior. Esta mayor separación de carga da como resultado un mejor rendimiento catalítico del BiVO 4 nanocristales, mejorando así su rendimiento de división del agua.
Este estudio representa un uso novedoso de la descarga de plasma en solución para mejorar las propiedades de los cristales. Profesor Akira Fujishima, coautor del artículo, dice, "Nuestro trabajo nos ha inspirado a reconsiderar otros cristales que aparentemente son ineficaces para la división del agua. Proporciona una estrategia prometedora que utiliza plasma en solución para 'activarlos'". El uso de la descarga de plasma en solución tiene muchas ventajas sobre el plasma gaseoso convencional que lo hacen mucho más atractivo desde el punto de vista técnico y económico. Prof Xintong Zhang de Northeast Normal University, Porcelana, comentarios "A diferencia del plasma gaseoso, que tiene que generarse en cámaras cerradas, El plasma en solución se puede generar en un reactor abierto a temperatura ambiente y en una atmósfera de aire normal. Además, trabajando con polvos de cristal en una solución, resulta más conveniente cambiar los parámetros del proceso, y también es más fácil de ampliar ".
Esperamos que este estudio nos acerque un paso más a una forma eficiente de producir hidrógeno para que finalmente podamos prescindir de los combustibles fósiles y otras fuentes de energía que son dañinas para nuestro planeta. Comentando además la promesa de este estudio, El profesor Terashima dice:"Si se puede producir energía de hidrógeno eficiente utilizando luz solar y agua, dos de los recursos más abundantes de la tierra, una sociedad limpia de ensueño podría realizarse ".
