La estructura organometálica (celosía gris y magenta) puede utilizar la energía solar para dividir las moléculas de agua (esferas rojas y azul claro) para liberar hidrógeno (esferas azul claro). Crédito:2020 Nikita Kolobov
Un fotocatalizador de división de agua a base de estructura organometálica (MOF), desarrollado en KAUST, ha llevado a los investigadores un paso más hacia la generación de combustible de hidrógeno limpio utilizando la luz solar.
"El uso de la energía solar para producir combustibles ecológicos es el objetivo final de muchos investigadores de catálisis, "dice Jorge Gascón, director del Centro de Catálisis KAUST, quien dirigió la investigación. Sin embargo, sigue siendo un desafío encontrar eficientes, longevo fotocatalizadores de bajo costo para la división del agua.
En el equipo de Gascón, el objetivo es utilizar MOF para encontrar materiales fotocatalíticos sostenibles para la división del agua. "Trabajamos con MOF porque son como un juguete de construcción LEGO:tienes diferentes partes con las que puedes jugar y variar para obtener las propiedades deseadas, "dice Nikita Kolobov, miembro del equipo de Gascón.
Los MOF consisten en iones metálicos conectados por enlazadores orgánicos basados en carbono en una matriz bidimensional o tridimensional muy regular y repetida. Variando el metal y el componente orgánico, se puede fabricar una familia diversa de materiales. "Esta modularidad convierte a los MOF en una plataforma excelente para desarrollar una comprensión fundamental de los procesos fotocatalíticos, "Dice Gascon." Podemos evaluar nuevos conceptos en fotocatálisis que pueden ser difíciles o imposibles de desarrollar y evaluar utilizando otras clases de materiales ".
En el andamio MOF, el enlazador orgánico (gris) actúa como antena de fotones; un electrón del enlazador se transfiere a la cadena de metal (rosa) y se utiliza para la producción de H2 a partir del agua. Crédito:© 2020 Nikita Kolobov
Por su último trabajo, Gascón Kolobov, Amandine Cadiau y sus colegas crearon un MOF que usaba iones de metal titanio con H 4 TBAPy, un enlazador orgánico conocido por absorber energía de un amplio espectro de luz solar. Combinando H 4 TBAPy con titanio, el equipo tenía como objetivo crear un material que pudiera utilizar esa energía de manera eficiente.
El titanio en el MOF activado por luz tenía los niveles de energía ideales para la parte de producción de hidrógeno de la división del agua fotocatalítica. el equipo mostró. "La parte orgánica del MOF actuó como una antena que recogió luz y transmitió esa energía al nodo metálico, que lo activó para realizar transformaciones catalíticas, "Dice Kolobov.
"Aunque la actividad de reacción de desprendimiento de hidrógeno del nuevo MOF fue modesta en comparación con algunos semiconductores inorgánicos, su rendimiento ya se encuentra entre los mejores materiales MOF a base de titanio, ", Dice Kolobov." Los MOF todavía están en su infancia cuando se trata de aplicaciones fotocatalíticas, ", agrega." Creemos que el enfoque modular hacia su construcción ofrece posibilidades ilimitadas para la mejora del rendimiento, y estamos dando los primeros pasos en esta dirección ".
"Cada paso para comprender mejor cómo funcionan los catalizadores bajo iluminación es importante, ", Dice Gascon." Nuestro principal objetivo en este momento es crear nuevas estructuras MOF capaces de realizar de manera eficiente la división general del agua ".
