Un nuevo fotocatalizador que consta de láminas de óxido de metal a nanoescala y una molécula de tinte de rutenio puede generar H 2 del agua utilizando luz visible. Crédito:Tecnología de Tokio
Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han desarrollado un material híbrido construido a partir de una nanocapa de óxido de metal y una molécula que absorbe la luz para dividir las moléculas de agua para obtener dihidrógeno (H 2 ) bajo la luz del sol. Desde H 2 se puede utilizar como combustible libre de carbono, este estudio proporciona información relevante sobre la generación de energía limpia.
En línea con el agotamiento de los combustibles fósiles y los problemas ambientales por su combustión, el desarrollo de tecnología para la generación de energía limpia es un tema de interés mundial. Entre los diversos métodos propuestos para generar energía limpia, La división fotocatalítica del agua es muy prometedora. Este método utiliza energía solar para dividir las moléculas de agua y obtener dihidrógeno (H 2 ). El h 2 luego se puede utilizar como combustible libre de carbono o como materia prima en la producción de muchos productos químicos importantes.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Kazuhiko Maeda en Tokyo Tech ha desarrollado un nuevo fotocatalizador que consta de láminas de óxido metálico a nanoescala y una molécula de tinte de rutenio, que funciona según un mecanismo similar a las células solares sensibilizadas por colorante. Mientras que los óxidos metálicos que son fotocatalíticamente activos para la división general del agua en H 2 y O 2 tienen espacios de banda anchos, Los óxidos sensibilizados con colorante pueden utilizar luz visible, el componente principal de la luz solar (Figura 1). El nuevo fotocatalizador es capaz de generar H 2 de agua con una frecuencia de rotación de 1960 por hora y un rendimiento cuántico externo del 2,4%.
Estos resultados son los más altos registrados para fotocatalizadores sensibilizados con colorante bajo luz visible, acercando al equipo de Maeda al objetivo de la fotosíntesis artificial, replicando el proceso natural de usar agua y luz solar para producir energía de manera sostenible.
El nuevo material, reportado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense , se construye a partir de nanohojas de niobato de calcio de gran superficie (HCa 2 Nótese bien 3 O 10 ) intercalado con nanoclusters de platino (Pt) como H 2 -sitios en evolución. Sin embargo, las nanohojas modificadas con platino no funcionan solas, ya que no absorben la luz solar de manera eficiente. Entonces, una molécula de tinte de rutenio que absorbe la luz visible se combina con la nanohoja, permitiendo H impulsado por energía solar 2 evolución (Figura 2).
Ilustración de H impulsada por luz visible 2 evolución del tinte de rutenio / HCa 2 Nótese bien 3 O 10 nanohoja. Crédito:Sociedad Química Estadounidense, Tokio Tech, adoptado con permiso
Lo que hace que el material sea eficiente es el uso de nanohojas, que se puede obtener mediante exfoliación química de HCa laminar 2 Nótese bien 3 O 10 . La gran superficie y la flexibilidad estructural de las nanoláminas maximizan las cargas de tinte y la densidad de H 2 sitios de evolución, que a su vez mejoran H 2 eficiencia de la evolución. También, para optimizar el rendimiento, El equipo de Maeda modificó las nanoláminas con alúmina amorfa, que juega un papel importante en la mejora de la eficiencia de transferencia de electrones. "Sin precedentes, la modificación de alúmina para nanohojas promueve la regeneración del colorante durante la reacción sin obstaculizar la inyección de electrones desde el colorante en estado excitado a la nanohoja, el paso principal de H sensibilizado con colorante 2 evolución, "Dice Maeda.
"Hasta hace poco, se consideró muy difícil lograr H 2 evolución a través de la división total del agua bajo luz visible utilizando un fotocatalizador sensibilizado con colorante con alta eficiencia, "explica Maeda." Nuestro nuevo resultado demuestra claramente que esto es posible, utilizando un híbrido molécula-nanomaterial cuidadosamente diseñado ".
Se requiere más investigación, ya que será necesario optimizar aún más el diseño del fotocatalizador híbrido para mejorar la eficiencia y la durabilidad a largo plazo. La división fotocatalítica del agua puede ser un medio crucial para satisfacer las demandas energéticas de la sociedad sin dañar aún más el medio ambiente. y estudios como este son peldaños esenciales para alcanzar nuestro objetivo de un futuro más verde.
