En un artículo de la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente , investigadores de la Universidad de Uppsala, Suecia, Presentar un tipo de nanomaterial polimérico orgánico de bajo costo y respetuoso con el medio ambiente como fotocatalizadores para la generación de hidrógeno, y proponer el mecanismo de trabajo del sitio reactivo fotocatalítico.

El desarrollo de fotocatalizadores para la generación de hidrógeno impulsada por la luz a partir del agua es una forma ideal de convertir y almacenar energía solar. Debido a la absorción de luz limitada, Contaminante metálico de alto costo y potencial de catalizadores inorgánicos, Los científicos han comenzado a buscar alternativas orgánicas. En este trabajo, los investigadores de Uppsala han estudiado polímeros orgánicos como fotocatalizadores (catalizadores impulsados ​​por luz). El cuello de botella de todos los fotocatalizadores orgánicos existentes es que son hidrófobos (insolubles en agua), dificultando que los protones penetren en los poros de los materiales e interactúen con los sitios reactivos. Como consecuencia, el rendimiento de la fotocatálisis basada en esos materiales está todavía por detrás de los fotocatalizadores inorgánicos tradicionales a base de metales. Los científicos tienen que agregar una gran cantidad de solvente orgánico en el reactor para hacer una buena dispensabilidad de fotocatalizador polimérico orgánico.

El uso del llamado método de precipitación a nanoescala para preparar el fotocatalizador polimérico orgánico en pequeñas partículas a nanoescala (Pdots) puede hacer que el fotocatalizador orgánico esté bien disperso en una solución acuosa. "Con la ayuda del copolímero hidrófilo, podemos proporcionar canales de protones dentro del fotocatalizador Pdot para imitar el sistema de fotosíntesis natural. Esto puede mejorar drásticamente el rendimiento de la generación de hidrógeno ", dice Haining Tian, Docente del Departamento de Química - Laboratorio Ångström. Su grupo de investigación publicó el trabajo de prueba de concepto el año pasado (en Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55 (40), 12306). Para comprender más sobre el sistema y mejorarlo aún más, Haining Tian junto con su colega de investigación C. Moyses Araujo del Departamento de Física-Laboratorio Ångström han dirigido conjuntamente el trabajo para excavar los sitios reactivos en los fotocatalizadores Pdot y el mecanismo de trabajo fotocatalítico.

Al ajustar la estructura de los polímeros y evaluar diferentes mecanismos fotocatalíticos, los investigadores pudieron encontrar aproximadamente los sitios reactivos ubicados en las unidades aceptoras de electrones y concluyeron que los heteroátomos deberían desempeñar un papel crucial en la fotocatalitis. "Es difícil obtener experimentalmente información precisa sobre qué heteroátomo, ya sea N o S, es el sitio reactivo en la unidad aceptora de electrones ", dice Haining Tian. Con la ayuda de un estudio computacional basado en la teoría de los primeros principios, los científicos finalmente apuntaron al sitio reactivo real en los fotocatalizadores Pdots, los átomos de N, y también concluyeron que la estructura única de Pdots es beneficiosa para la reacción de reducción de protones. "El enlace de hidrógeno formado entre dos polímeros en los fotocatalizadores Pdot reduce significativamente la barrera energética de la reacción de reducción de protones. Los Pdots son de hecho un tipo de fotocatalizadores ideales", dice C. Moyses Araujo.

Sobre la base de este trabajo, Los científicos ahora apuntan a un catalizador Pdots más eficiente y estable ajustando razonablemente la estructura del polímero para la generación de hidrógeno impulsada por la luz.