Los químicos han encontrado un nuevo método más eficiente para realizar reacciones impulsadas por la luz, abriendo otro camino posible para aprovechar la luz solar para obtener energía. El periódico Ciencias está publicando el nuevo método, que se basa en plasmón, un movimiento especial de electrones involucrados en las propiedades ópticas de los metales.

"Hemos descubierto una forma nueva e inesperada de utilizar metal plasmónico que tiene potencial para su uso en la conversión de energía solar, "dice Tim Lian, profesor de química física en la Universidad de Emory y autor principal de la investigación. "Hemos demostrado que podemos recolectar los electrones de alta energía excitados por la luz en el plasmón y luego usar esta energía para hacer química".

Plasmon es un movimiento colectivo de electrones libres en un metal que absorbe y dispersa fuertemente la luz. Uno de los ejemplos más vívidos de plasmón superficial se puede ver en las intrincadas vidrieras de algunas catedrales medievales. un efecto que se logra a través de nanopartículas de oro que absorben y dispersan la luz visible. Plasmon es altamente sintonizable:la variación del tamaño y la forma de las nanopartículas de oro en el vidrio controla el color de la luz emitida.

La ciencia moderna está explorando y refinando el uso de estos efectos plasmónicos para una variedad de aplicaciones potenciales, desde la electrónica hasta la medicina y las energías renovables.

El laboratorio de Lian, que se especializa en explorar la transferencia de carga impulsada por la luz para la conversión de energía solar, Experimenté con formas de usar plasmón para hacer que ese proceso sea más eficiente y sostenible.

El oro se usa a menudo como catalizador, una sustancia para impulsar reacciones químicas, pero no como un fotocatalizador:un material para absorber la luz y luego hacer química con la energía que proporciona la luz.

Durante la fotocatálisis, un metal absorbe la luz fuertemente, excitando rápidamente muchos electrones. "Imagina electrones chapoteando arriba y abajo en el metal, "Dice Lian." Una vez que los excites a este nivel, se estrellan contra el suelo. Toda la energía se libera en forma de calor muy rápido, en picosegundos ".

Los investigadores querían encontrar una manera de capturar la energía en los electrones excitados antes de que se liberara como calor y luego usar electrones calientes para alimentar las reacciones.

A través de la experimentación, encontraron que el acoplamiento de nanobarras de seleniuro de cadmio, un semiconductor, a una punta de nanopartícula de oro plasmónico permitió que los electrones excitados en el oro escaparan al material semiconductor.

"Si usa un material con un cierto nivel de energía que puede unirse fuertemente al plasmón, entonces los electrones excitados pueden escapar al material y permanecer en el nivel de energía alto, "Dice Lian." Demostramos que puedes recolectar electrones antes de que se estrellen y se relajen, y combinar la propiedad catalítica del plasmón con su capacidad de absorción de luz ".

En lugar de usar calor para hacer química, este nuevo proceso utiliza metales y luz para hacer fotoquímica, abriendo un nuevo, potencialmente más eficiente, método de exploración.

"Ahora estamos viendo si podemos encontrar otros aceptores de electrones que funcionen en este mismo proceso, como una molécula o catalizador molecular en lugar de seleniuro de cadmio, "Dice Lian." Eso haría de este proceso un esquema general con muchas aplicaciones potenciales diferentes ".

Los investigadores también quieren explorar si el método puede impulsar la oxidación del agua impulsada por la luz de manera más eficiente. El uso de la luz solar para dividir el agua y generar hidrógeno es un objetivo importante en la búsqueda de energía solar asequible y sostenible.

"Usar luz solar ilimitada para mover electrones y aprovechar la energía catalítica es un desafío difícil, pero tenemos que encontrar formas de hacer esto, "Dice Lian." No tenemos otra opción. La energía solar es la única fuente de energía que puede sostener a la creciente población humana sin un impacto ambiental catastrófico ".