El equipo se centró en un óxido metálico específico llamado hematita (α-Fe2O3), que es abundante, estable y económico, lo que lo convierte en un material atractivo para la división fotoelectroquímica del agua. Sin embargo, el rendimiento de la hematita se ha visto limitado por la corta longitud de difusión del portador, lo que significa que los portadores de carga fotogenerados se recombinan rápidamente antes de llegar a la superficie del electrodo, lo que reduce la eficiencia.
Para abordar este desafío, los investigadores emplearon un tratamiento de superficie único que implica la deposición de una capa atómica (ALD) de una fina capa de óxido de galio (Ga2O3) sobre el fotoelectrodo de hematita. Este tratamiento cambió fundamentalmente las propiedades de la superficie y la dinámica del portador de la hematita, extendiendo efectivamente la longitud de difusión del portador.
Los resultados fueron notables. El fotoelectrodo de hematita tratado demostró un aumento de casi seis veces en la densidad de la fotocorriente, lo que representa un aumento significativo en su capacidad para dividir el agua de manera eficiente. Esta mejora se atribuyó a la mejor separación y transporte de los portadores de carga, así como a la mayor absorción de luz resultante de la capa de Ga2O3.
Los investigadores analizaron más a fondo los mecanismos detrás de este rendimiento mejorado utilizando técnicas de caracterización avanzadas y modelos teóricos. Obtuvieron conocimientos sobre la estructura de las bandas electrónicas, la dinámica de los portadores de carga y las propiedades interfaciales, lo que proporcionó una valiosa orientación para optimizar las condiciones de tratamiento y diseñar fotoelectrodos aún más eficientes.
Al manipular la química de la superficie y explotar los efectos sinérgicos entre la hematita y el Ga2O3, este estudio ofrece una vía prometedora para mejorar el rendimiento de los fotoelectrodos de óxido metálico para la división del agua solar. Los hallazgos contribuyen a los esfuerzos en curso para desarrollar tecnologías de conversión de energía solar a combustible escalables y rentables, ofreciendo esperanza para un futuro sostenible y neutral en carbono.
