Nuevo método de obtención solar de H2 a partir de H2O basado en nanoestructuras metálicas, no semiconductores

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Científicos estadounidenses han descubierto un métodos de producción de hidrógeno a partir de agua mediante luz solar que difiere sustancialmente de los procesos actuales basados en semiconductores. En vez de tales, emplean nanopartículas metálicas.

Los fotoprocesos convencionales se basan en que al incidir la luz sobre la superficie de un material semiconductor los fotones excitan algunos electrones que, al abandonar sus posiciones, crean “agujeros” cargados positivamente. El resultado es la generación de una corriente de cargas que puede ser empleada, por ejemplo, para producir H2 por reducción electroquímica de los protones (H+) del agua. Al mismo tiempo, los agujeros positivos inducen la producción de O2.

Pero lo que han hecho ahora estos investigadores es muy distinto. Han preparado matrices formadas por numerosas barras nanoscópicas de oro recubiertas con dióxido de titanio cristalino y nanopartículas de platino. La matriz, que también lleva un catalizador de oxidación de borato de cobalto la introducen en agua.

Martin Moskovits, líder del grupo de investigación, explica así lo que pasa:

Cuando estas nanoestructuras se exponen a la luz visible, los electrones de conducción del metal empiezan a oscilar colectivamente absorbiendo una gran cantidad de la luz. Esta excitación se llama plasmón superficial.

Algunos de los electrones excitados en estas ondas plasmónicas acaban saliendo de la nanobarra de oro y circulan por la capa de dióxido de titanio hasta las partículas de platino, donde se emplean en la reducción de los protones del agua para dar H2. Mientras, los agujeros positivos que se han creado migran hacia el catalizador de cobalto que se encuentra en la parte inferior de la nanobarra y allí se produce O2.

Según estos investigadores, al cabo de una dos horas es evidente la formación de hidrógeno. Una ventaja de estos dispositivos sobre los semiconductores es que no sufren fotocorrosión, gracias a lo cual han funcionado sin fallos durante semanas, según los investigadores.

Como es de suponer, por el momento este método plasmónico de romper la molécula de agua con luz es menos eficiente y más caro que los métodos convencionales de semiconductores, pero los descubridores ya tienen ideas para mejorarlo.

Los resultados los han publicado en Nature Nanotechnology.(Syed Mubeen, Joun Lee, Nirala Singh, Stephan Krämer, Galen D. Stucky, Martin Moskovits. An autonomous photosynthetic device in which all charge carriers derive from surface plasmons. Nature Nanotechnology, 2013; DOI: 10.1038/nnano.2013.18).

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