Nuevas recetas para producir mejor combustible solar
Los investigadores optimizan la producción de combustibles solares mediante novedosas combinaciones de métodos y materiales para crear nuevos tipos de fotocatalizadores
Al igual que una comida excelente requiere los ingredientes adecuados preparados con pericia, la producción de mejores alternativas de combustibles ecológicos requiere combinar los materiales y métodos adecuados.
Recientemente, un equipo de investigadores de China y el Reino Unido ha encontrado nuevas formas de optimizar la receta para la producción de combustibles solares.
El hidrógeno es una fuente de energía con cero emisiones que puede producirse a partir del agua utilizando energía solar y ofrece un gran potencial para ayudar a mitigar la crisis climática.
El proceso de producción de hidrógeno a partir del agua se denomina "división del agua" porque descompone el agua en sus dos elementos, hidrógeno y oxígeno. La división del agua requiere un fotocatalizador semiconductor, una sustancia o compuesto que absorbe la luz solar y utiliza su energía para el proceso de división.
Sin embargo, la eficacia de los fotocatalizadores semiconductores varía.
Mediante novedosas combinaciones de métodos y materiales para crear nuevos tipos de fotocatalizadores, los investigadores han mejorado la eficacia de la producción de hidrógeno.
El Dr. Graham Dawson, que dirigió los estudios en la Universidad de Xi'an Jiaotong-Liverpool, explica: "Añadiendo materiales como el oro o el nitrato de boro a nuestros fotocatalizadores mediante métodos de mezcla particulares, podemos aumentar la cantidad de luz que se absorbe.
"Cuanta más luz se absorba, más energía adecuada habrá para la división del agua y, por tanto, aumentará la producción de hidrógeno", afirma.
Encontrar la receta perfecta
La modificación de los materiales utilizados habitualmente como fotocatalizadores ayuda a superar sus limitaciones, explica Yanan Zhao, primera autora de uno de los estudios recientes del equipo. Uno de los materiales más utilizados es el dióxido de titanio.
"El dióxido de titanio puede aprovechar la energía directamente del sol con una contaminación insignificante y muestra un gran potencial en el desarrollo de tecnologías relacionadas con la energía solar", afirma.
"Sin embargo, sólo puede activarse con la luz ultravioleta, que representa sólo el 7% de la luz solar. No puede absorber la energía de la luz visible", explica Zhao, que se licenció en química en la XJTLU y obtuvo una beca completa para cursar su doctorado en la Universidad de Dakota del Norte.
Los investigadores descubrieron que añadiendo nitruro de boro a una forma de dióxido de titanio se obtenía un fotocatalizador capaz de absorber la energía de más longitudes de onda que la luz ultravioleta. El nitruro de boro, un compuesto de boro y nitrógeno, tiene buena conductividad eléctrica y puede soportar temperaturas de hasta 2000 grados Celsius.
Zhao explica el proceso: "Para preparar el material fotocatalítico compuesto, combinamos nitruro de boro con nanotubos de titanato, que son estructuras en forma de tubo cuyas dimensiones se miden en nanómetros (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro).
"Optimizando la proporción de nitruro de boro y nanotubos de titanato y utilizando procesos químicos para combinar los compuestos, hemos producido un fotocatalizador compuesto muy estable. Puede absorber luz de una gama más amplia de longitudes de onda y producir más hidrógeno en comparación con los métodos tradicionales de mezcla física."
La fiebre del oro
En un segundo estudio, el equipo del Dr. Dawson encontró una opción adicional para mejorar la eficacia fotocatalítica en la división del agua.
Descubrieron que recubrir las superficies de determinados tipos de estructuras fotocatalíticas con un tamaño específico de nanopartículas de oro aumentaba la cantidad de luz que podían absorber.
Shiqi Zhao, primer autor de este estudio, explica: "La estructura del material fotocatalítico utilizado es muy importante. En este estudio utilizamos dos formas de nanoestructuras fotocatalíticas: nanohojas y nanotubos".
"Las recubrimos con partículas de oro de distintos tamaños para ver qué combinación producía la mayor cantidad de hidrógeno a partir del agua.
"Nuestros resultados mostraron que las nanohojas modificadas con partículas de oro pequeñas y uniformes tenían el mejor rendimiento fotocatalítico de todos los materiales que probamos. Estas nanoestructuras recubiertas de oro mostraron aproximadamente 36 veces más rendimiento fotocatalítico en la producción de hidrógeno que los nanotubos sin modificar", prosigue.
"Esto proporciona una nueva comprensión de cómo los materiales fotocatalíticos semiconductores pueden ser modificados con nanopartículas de oro y tiene valiosas aplicaciones en los campos de la producción fotocatalítica de hidrógeno, células solares y sensores ópticos."
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.
Publicación original
Enhanced photocatalytic hydrogen production by the formation of TiNT-BN bonds; Applied Surface Science; Volume 623, 30 June 2023, 157005.
Enhanced photocatalytic activity through anchoring and size effects of Au nanoparticles on niobate nanotubes and nanosheets for water splitting; Optical Materials; Volume 139, May 2023, 113753.
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