El hidrógeno está emergiendo como una alternativa ecológica popular a los recursos de combustibles fósiles debido a sus productos de combustión neutros en carbono (agua, electricidad y calor) y se considera el combustible de próxima generación para una sociedad de cero emisiones. Sin embargo, la principal fuente de hidrógeno son, irónicamente, los combustibles fósiles.

Una forma de producir hidrógeno de manera limpia y sostenible es mediante la división del agua impulsada por la luz solar. El proceso, conocido como "desdoblamiento de agua fotoelectroquímico (PEC)" es la base del funcionamiento de las células fotovoltaicas orgánicas. Lo que hace que este método sea atractivo es que permite 1) la producción masiva de hidrógeno en un espacio limitado sin un sistema de red y 2) la conversión de energía solar en hidrógeno de alta eficiencia.

Sin embargo, a pesar de tales ventajas, los materiales fotoactivos utilizados en los PEC convencionales no tienen las propiedades requeridas para un entorno comercial. En este sentido, los semiconductores orgánicos (OS) han surgido como un material de fotoelectrodo potencial para la producción comercial de hidrógeno PEC debido a su alto rendimiento y bajo costo de impresión. Pero, en el lado negativo, los sistemas operativos tienen una estabilidad química deficiente y una baja densidad de fotocorriente.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el Prof. Sanghan Lee del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju, Corea, finalmente pudo haber resuelto este problema. En su reciente avance que apareció en la portada del Journal of Materials Chemistry A , el equipo adoptó un enfoque basado en encapsular el fotocátodo OS en una lámina de titanio decorada con platino, una técnica conocida como "encapsulación de lámina metálica", para evitar su exposición a la solución electrolítica.

"La encapsulación de láminas metálicas es un enfoque poderoso para realizar fotocátodos basados ​​en SO estables a largo plazo, ya que ayuda a impedir la penetración de electrolitos en el SO, mejorando su estabilidad a largo plazo, como se ha demostrado en nuestros estudios anteriores y otros informes sobre SO. fotoelectrodos basados ​​en iones", explica el Prof. Lee.

El equipo fabricó una célula fotovoltaica orgánica, en la que el fotocátodo OS se cubrió con una lámina de titanio y nanopartículas de platino bien dispersas. Tras la prueba, el fotocátodo OS mostró un potencial de inicio de 1 V frente al electrodo de hidrógeno reversible (RHE) y una densidad de fotocorriente de -12,3 mA cm ^-2 a 0 V_RHE . Lo más notable es que la celda demostró una estabilidad operativa récord, reteniendo el 95,4 % de la fotocorriente máxima durante más de 30 horas sin ningún deterioro notable en el sistema operativo. Además, el equipo probó el módulo bajo la luz solar real y pudo producir hidrógeno.

El módulo PEC altamente estable y eficiente desarrollado en este estudio puede permitir la producción de hidrógeno a gran escala e inspirar rutas innovadoras para construir futuras estaciones de servicio de hidrógeno. "Con la creciente amenaza del calentamiento global, es imperativo desarrollar fuentes de energía ecológicas. El módulo PEC explorado en nuestro estudio podría instalarse en estaciones de servicio de hidrógeno, donde el hidrógeno puede producirse en masa y venderse al mismo tiempo. " dice el profesor Lee. + Explora más

Una estrategia para estabilizar los fotoelectrodos que dividen el agua para la producción de energía solar a hidrógeno