El hidrógeno es una fuente alternativa de energía que se puede producir a partir de fuentes renovables de luz solar y agua. Un grupo de investigadores japoneses ha desarrollado un fotocatalizador que aumenta diez veces la producción de hidrógeno.
El descubrimiento fue realizado por un equipo conjunto de investigación dirigido por el Profesor Asociado TACHIKAWA Takashi Centro de Investigación de Fotosciencia Molecular, Universidad de Kobe y el Profesor MAJIMA Tetsuro Instituto de Investigación Científica e Industrial, Universidad de Osaka. Sus hallazgos fueron publicados el 6 de abril enla versión en línea de Edición internacional Angewandte Chemie .
Cuando se aplica luz a los fotocatalizadores, se producen electrones y agujeros en la superficie del catalizador, y se obtiene hidrógeno cuando estos electrones reducen los iones de hidrógeno en el agua. Sin embargo, en los fotocatalizadores tradicionales los agujeros que se producen al mismo tiempo quelos electrones se recombinan principalmente en la superficie del catalizador y desaparecen, lo que dificulta aumentar la eficiencia de conversión.
El grupo de investigación del profesor Tachikawa desarrolló un fotocatalizador hecho de mesocristales, creando deliberadamente una falta de uniformidad en el tamaño y la disposición de los cristales. Este nuevo fotocatalizador es capaz de separar espacialmente los electrones y los agujeros de electrones para evitar que se recombinen. Como resultado,tiene una tasa de conversión mucho más eficiente para producir hidrógeno que los fotocatalizadores de nanopartículas convencionales aproximadamente 7%.
El equipo desarrolló un nuevo método llamado "Crecimiento epitaxial topotáctico" que utiliza los espacios de tamaño nanométrico en mesocristales. Con base en este método de síntesis, pudieron sintetizar titanato de estroncio SrTiO3 a partir de un compuesto con una estructura diferente, óxido de titanio TiO2, utilizando una simple reacción hidrotermal de un solo paso. Al alargar el tiempo de reacción, también podrían producir partículas más grandes cerca de la superficie y preservar su estructura cristalina.
Cuando unieron un cocatalizador al mesocristal sintetizado y aplicaron luz ultravioleta en agua, la reacción ocurrió con aproximadamente un 7% de eficiencia de conversión de energía lumínica. En las mismas condiciones, las nanopartículas SrTiO3 que no se habían convertido en mesocristales alcanzaron una eficiencia de conversiónde menos del 1%, lo que demuestra que la eficiencia de la reacción aumentó diez veces bajo la estructura de mesocristales. Cuando se examinó cada partícula bajo un microscopio fluorescente, el equipo descubrió que los electrones producidos durante la reacción se reunieron alrededor de los nanocristales más grandes.
Cuando se exponen a la luz ultravioleta, los electrones en este fotocatalizador recientemente desarrollado se mueven suavemente entre las nanopartículas dentro del mesocristal, se juntan alrededor de los nanocristales más grandes generados en la superficie del cristal y reducen eficientemente los iones de hidrógeno para crear hidrógeno.
El descubrimiento de este potente fotocatalizador comenzó con la idea de los investigadores de "descomponer deliberadamente la estructura ordenada de los mesocristales", un concepto que podría aplicarse a otros materiales. El titanato de estroncio utilizado esta vez es un cristal cúbico, lo que significa que existeno hay variación en la adsorción molecular o la fuerza de reacción para cada plano de cristal. Al regular el tamaño y la disposición espacial de los nanocristales, que forman los bloques de construcción para esta estructura, puede ser posible aumentar considerablemente la eficiencia de conversión de energía de la luz existentesistema.
Utilizando estos hallazgos, el grupo de investigación planea aplicar la tecnología de mesocristales para lograr la producción súper eficiente de hidrógeno a partir de la energía solar. Los óxidos metálicos de perovskita, incluido el titanato de estroncio, el objetivo de este estudio, son los materiales fundamentales de los elementos electrónicos,para que sus resultados se puedan aplicar a una amplia gama de campos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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