El proceso de división fotocatalítica del agua atrae a los científicos como una solución a los problemas energéticos y medioambientales. En este proceso, el agua se divide en oxígeno e hidrógeno utilizando energía luminosa y un catalizador. A medida que aumenta el problema del calentamiento global, los investigadores han buscado el hidrógeno, un combustible de combustión limpia, como una solución de energía renovable. Dado que el agua es un recurso tan económico, se ha dedicado un gran esfuerzo a este prometedor campo de investigación durante las últimas décadas. Pero los científicos solo han podido descubrir unos pocos fotocatalizadores con alta eficiencia y excelente estabilidad. Por lo tanto, la tecnología de división de agua fotocatalítica aún tiene un largo camino por recorrer hasta que sea posible una aplicación práctica.

Un equipo de investigación de la Universidad Xi'an Jiaotong en China ha logrado resultados prometedores utilizando un compuesto inorgánico llamado vanadato de bismuto (BiVO₄ ) cristales como fotocatalizador para lograr una división de agua fotocatalítica eficiente. Su trabajo muestra la estrecha relación entre las propiedades de la superficie del BiVO₄ y la actividad fotocatalítica alcanzada. Los hallazgos del equipo se publican en la revista Nano Research .

Para que el proceso de división del agua sea eficiente, es esencial la separación del par electrón-hueco y su consumo por reacciones de oxidación o reducción del agua que tienen lugar en la superficie. El agujero de electrones es un portador de carga responsable de crear corriente eléctrica en materiales semiconductores. Portador de carga se refiere a una partícula que se mueve libremente dentro de un material y lleva una carga eléctrica.

En los últimos años, los científicos han logrado un rendimiento excelente al exponer facetas específicas como sitios de reacción enriquecidos en los fotocatalizadores. Los investigadores han descubierto que el dióxido de titanio y el titanato de estroncio, con sus facetas expuestas, ofrecen un rendimiento excelente. Este conocimiento dio a los científicos pistas de que se podría lograr un proceso fotocatalítico eficiente ajustando la superficie de un fotocatalizador con diferentes funciones.

En investigaciones posteriores, los científicos informaron que BiVO₄ las nanoláminas con facetas expuestas exhibieron un excelente rendimiento para la oxidación del agua. La investigación sugirió que si el BiVO₄ las facetas se agrandaron, se pudo lograr una actividad fotocatalítica superior para la oxidación del agua.

El equipo de investigación de la Universidad Xi'an Jiaotong centró su atención en BiVO₄ como fotocatalizador modelo. Estudiaron el papel crucial del consumo de portadores de carga en la superficie en las reacciones de división del agua. El equipo fabricó BiVO₄ monocristales con una proporción adaptada de facetas para los sitios reductores y los sitios oxidativos. Utilizaron un método hidrotermal controlado simple para sintetizar el BiVO₄ cristal. A través de este proceso, demostraron que se puede lograr una oxidación fotocatalítica eficiente del agua a través de un consumo de portador de carga superficial equilibrado que se basa en una proporción media de sitios reductores y sitios oxidativos.

Uso de BiVO₄ solo como un fotocatalizador típico para la oxidación del agua no logra la división general del agua. Entonces, los investigadores continuaron su estudio, construyendo un sistema de esquema Z, donde se combinan dos fotocatalizadores diferentes. Uso de BiVO₄ con los cocatalizadores apropiados, el equipo logró una división de agua total fotocatalítica eficiente y estable.

"La oxidación fotocatalítica superior del agua se obtiene a partir de BiVO₄ decaedros con una proporción media entre sitios reductores y oxidativos, lo que se atribuye al consumo de portador de carga superficial equilibrado que se logró", dijo Shaohua Shen, profesor del Centro Internacional de Investigación de Energía Renovable de la Universidad Xi'an Jiaotong. "En Además, se logra una división de agua total fotocatalítica eficiente y estable mediante la adopción del BiVO₄ sintetizado decaedros con la modificación cocatalizadora adecuada", dijo Shen.

"Mirando hacia el futuro, este trabajo proporciona orientación sobre la fabricación de nano/micromaterial con morfología superficial controlable e investigaciones perspicaces de la reacción redox fotocatalítica correspondiente", dijo Shen. + Explora más

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