El hidrógeno para uso energético se puede extraer de forma respetuosa con el medio ambiente del agua y la luz solar. utilizando nanopartículas de polímero compuesto fotocatalítico desarrolladas por investigadores de la Universidad de Uppsala. En pruebas de laboratorio, estos 'puntos de polímero' mostraron un rendimiento y una estabilidad prometedores por igual. El estudio ha sido publicado en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Cómo vamos a satisfacer la demanda futura de energía sostenible es una cuestión muy debatida. Una ruta factible es el hidrógeno, que se puede producir a partir de recursos renovables:agua y energía solar. Pero el proceso requiere lo que se conoce como fotocatalizadores. Tradicionalmente, estos se han fabricado con materiales a base de metales que a menudo son tóxicos. En lugar de, un grupo de investigación dirigido por Haining Tian en el Laboratorio Ångström de la Universidad de Uppsala está trabajando para desarrollar fotocatalizadores orgánicos de tamaño nanométrico (puntos poliméricos) diseñados para ser ecológicos y rentables.

Dado que los puntos de polímero (Pdots) son tan pequeños, se distribuyen uniformemente en el agua. En comparación con los fotocatalizadores tradicionales, esto proporciona una superficie de reacción más grande, lo que significa que se puede almacenar más luz en forma de gas hidrógeno. El grupo de investigación ha desarrollado ahora un Pdot que contiene tres componentes. En pruebas, la partícula ha mostrado muy buen comportamiento catalítico y estabilidad.

"Combinar varios componentes que absorben luz en diferentes longitudes de onda es la forma más fácil de crear un sistema en el que todas las superficies visibles capturan la luz. Pero lograr que estos componentes funcionen bien juntos en un sistema fotocatalítico es un desafío". "dice Haining Tian, Profesor Asociado (Docente) de Química Física en la Universidad de Uppsala.

Para investigar qué tan bien funcionan juntos los distintos componentes, Tian y sus colegas utilizaron técnicas espectroscópicas en las que el Pdot estuvo expuesto a la luz durante un cierto período de tiempo. Así pudieron seguir cómo se crearon los intermedios fotoquímicos y, bajo iluminación, desaparecido.

"Es emocionante ver que tanto la transferencia de energía ultrarrápida como la transferencia de electrones tienen lugar en una partícula, y que esto ayuda al sistema a aprovechar la luz y separar la carga para el proceso catalítico, "dice el autor principal del estudio, Aijie Liu, investigador postdoctoral en el Departamento de Química — Laboratorio Ångström.

Los investigadores han logrado optimizar el sistema de puntos poliméricos de tres componentes para que catalice la conversión de energía solar en hidrógeno con una tasa de eficiencia del 7% a 600 nanómetros (nm). Esto es significativamente mejor que el 0.3% a 600 nm obtenido por el grupo cuando estaban trabajando en Pdots que constan de un solo componente. Un problema ha sido anteriormente que los fotocatalizadores se degradan prematuramente, pero ahora los investigadores no pudieron discernir ninguna degradación distintiva incluso después de 120 horas de prueba.