Catalizar hidrógeno verde "neto cero" a partir del sol
Los químicos descubren un proceso fundamental de protonación de catalizadores que favorece la división del agua por energía solar para la producción de hidrógeno sin emisiones de CO2
El hidrógeno es un portador de energía verde prometedor para un futuro sostenible. Sin embargo, la mayor parte del tiempo está atrapado en el agua. Se necesita energía para liberarlo del agua y poder utilizarlo en la práctica. La energía solar, abundante y renovable, es ideal para generar hidrógeno por división directa del agua mediante un "fotocatalizador". Sin embargo, a pesar de los considerables esfuerzos realizados, la adopción práctica ha sido lenta debido a la eficacia relativamente baja y al elevado coste del catalizador.
Químicos de la HKU descubren un proceso fundamental de protonación catalítica que multiplica por ocho la productividad de la división del agua en hidrógeno mediante energía solar, catalizando así la energía verde sin emisiones de CO2.
The University of Hong Kong
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Zheng-Xiao GUO y el profesor David Lee PHILLIPS, del Laboratorio Conjunto HKU-CAS de Nuevos Materiales y del Departamento de Química de la Universidad de Hong Kong (HKU), ha comunicado el descubrimiento de un importante proceso de protonación in situ que la fotodinámica y la separación de portadores de carga en un fotocatalizador, lo que conduce a la generación eficiente de hidrógeno a partir del agua utilizando luz solar visible. El proceso se lleva a cabo en una estructura intersticial de nitruro de carbono dopado con fósforo, con sólo elementos no metálicos abundantes en la Tierra, por su rentabilidad y alto potencial para aplicaciones prácticas. Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en línea en una revista científica de primera línea, Energy & Environmental Science.
Antecedentes y logros
Se han dedicado grandes esfuerzos de investigación al desarrollo de fotocatalizadores para la conversión de energía solar con mayor actividad, eficiencia y durabilidad, principalmente mediante la separación, transferencia y utilización de cargas. Sin embargo, la compleja transferencia multielectrónica, el acoplamiento de protones y la dinámica intermedia pueden influir en la vía fotocatalítica, la cinética y la eficiencia, que no se han comprendido bien. Así pues, es muy conveniente fomentar investigaciones en profundidad que integren un diseño de síntesis innovador, caracterizaciones microscópicas y espectroscópicas y simulaciones atómicas a nivel molecular.
Con pleno conocimiento de los esfuerzos actuales y de los retos que plantea la fotocatálisis, el equipo de la HKU examinó las cuestiones fundamentales desde un ángulo diferente y propuso un nuevo proceso fundamental de un mecanismo fotocatalítico mediado por protones para mejorar la fotodinámica, la separación de cargas y, por tanto, la eficiencia global de un nitruro de carbono intersticial dopado con fósforo, g-C3N4. El mecanismo in situ mediado por protones apunta a un nuevo papel de la molécula de agua, no sólo como disolvente o reactivo, sino como modificador eficaz de la estructura de banda del catalizador en el diseño global de procesos fotocatalíticos eficaces.
En esencia, el equipo ha desarrollado una heterounión atómica eficaz mediante la dotación de P intersticial estabilizada por la porosidad y la protonación in situ para inducir estados trampa poco profundos, que efectivamente: a) aumentan la vida útil de los estados excitados y b) restringen el atrapamiento de cargas profundas indeseables, lo que conduce a una descomposición eficaz del agua. Por primera vez, el equipo ha identificado que la protonación in situ de un fósforo anclado intersticialmente en un g-C3-xN4 holey es una configuración estructural muy eficaz del catalizador para la generación de hidrógeno altamente eficiente y estable a la luz visible.
Esperamos que nuestro descubrimiento abra una nueva línea de pensamiento en el futuro diseño de fotocatalizadores para la utilización eficaz de la energía solar, prestando más atención al dinamismo estructural operando como un asidero viable para bombear la eficiencia de conversión", dijo el profesor Zheng-Xiao Guo.
Las investigaciones espectroscópicas muestran un colorido mundo de nanomateriales y arrojarán más luz sobre los conocimientos mecanísticos de la ciencia y la tecnología", se hizo eco el profesor David Lee Phillips.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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