Para combatir el cambio climático, Es imperativo pasar de los combustibles fósiles a fuentes de energía limpias y sostenibles. Un candidato popular en este sentido es el hidrógeno, un combustible ecológico que solo produce agua cuando se usa. Sin embargo, los métodos eficientes de producción de hidrógeno no suelen ser ecológicos. La alternativa ecológica de dividir el agua con la luz solar para producir hidrógeno es ineficaz y adolece de una baja estabilidad del fotocatalizador (material que facilita las reacciones químicas al absorber la luz). ¿Cómo se aborda el problema de desarrollar un fotocatalizador estable y eficiente?

En un estudio publicado recientemente en Catálisis aplicada B:ambiental , un grupo internacional de científicos, dirigido por el profesor asistente Yeonho Kim de la Universidad Nacional de Incheon en Corea, abordó esta pregunta e informó sobre el rendimiento de las nanovarillas de sulfuro de zinc (ZnS) recubiertas de polidopamina (PDA) como fotocatalizador, que mostró un aumento en la producción de hidrógeno en un 220% en comparación con el catalizador de ZnS solo. Es más, mostró una estabilidad decente, conservando casi el 79% de su actividad tras ser irradiado durante 24 horas. El Dr. Kim describe la motivación detrás de su investigación, "El ZnS tiene varias aplicaciones fotoquímicas porque puede generar rápidamente portadores de carga eléctrica bajo la luz solar. Sin embargo, la luz solar también provoca la oxidación de iones sulfuro que conduce a la fotocorrosión del ZnS. Recientemente, Los estudios demostraron que los recubrimientos PDA de espesor controlado en un fotocatalizador pueden mejorar la eficiencia de conversión de la energía solar y mejorar la fotoestabilidad. Pero, hasta aquí, ningún estudio ha abordado los cambios físico-químicos en la interfaz de ZnS / PDA. Por lo tanto, queríamos estudiar el efecto de la unión de PDA sobre el rendimiento fotocatalítico de ZnS ".

Los científicos fabricaron los nanocatalizadores de ZnS recubiertos con PDA mediante polimerización para recubrir la dopamina en las nanovarillas de ZnS. y varió el período de polimerización para crear muestras de tres espesores de PDA diferentes:1,2 nm (ZnS / PDA1), 2,1 nm (ZnS / PDA2), y 3,5 nm (ZnS / PDA3). Luego midieron el rendimiento fotocatalítico de estas muestras monitoreando su producción de hidrógeno bajo iluminación solar simulada.

El catalizador ZnS / PDA1 mostró la mayor tasa de producción de hidrógeno seguido de ZnS / PDA2, ZnS sin recubrimiento, y ZnS / PDA3. El equipo atribuyó el rendimiento inferior de ZnS / PDA2 y ZnS / PDA3 a una mayor absorción de luz por los recubrimientos de PDA más gruesos. lo que redujo la luz que llegaba al ZnS e impidió que los portadores de carga excitados alcanzaran la superficie; ZnS sin recubrimiento, al contrario, sufrió fotocorrosión.

Para comprender el papel de la estructura electrónica en la mejora observada, los científicos midieron los espectros de emisión y extinción de las muestras junto con cálculos de la teoría funcional de la densidad. El primero reveló que la absorción mejorada se debió a la formación de capas de Zn-O u O-Zn-S en ZnS y la creación de niveles de energía cerca de la banda de valencia (nivel atómico más alto lleno de electrones) que puede aceptar "huecos" (ausencia de electrones), mientras que los cálculos mostraron que ZnS / PDA tiene una estructura electrónica única "doblemente escalonada" que facilita el transporte y la separación de los portadores de carga en la superficie. La durabilidad mejorada se debió a la menor capacidad oxidativa de los agujeros en los estados de valencia de PDA.

El Dr. Kim y su equipo tienen la esperanza de aplicaciones más amplias de su técnica. "El recubrimiento de polidopamina utilizado en nuestro trabajo también es aplicable a otros grupos de seleniuro, boruro y catalizadores a base de telururo, "comenta el Dr. Kim.

De hecho, el futuro podría ser el hidrógeno.