El Sol puede ser un mejor químico, gracias a las matrices de nanoalimentos de óxido de zinc cultivadas en un sustrato de grafeno y "decoradas" con puntos de sulfuro de cadmio. En presencia de radiación solar, esta combinación de estructuras semiconductoras cero y unidimensionales con dosEl grafeno tridimensional es un gran catalizador para muchas reacciones químicas. El innovador material fotocatalítico ha sido desarrollado por un grupo de científicos del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia en Varsovia y la Universidad de Fuzhou en China.
Es un bosque extraño. Troncos simples y uniformemente distribuidos crecen desde una superficie plana, elevándose largos nanómetros hacia arriba donde coronas de semiconductores capturan con avidez cada rayo de sol. Esa es la vista vista a través de un microscopio del nuevo material fotocatalítico, desarrollado por científicosdel Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia IPC PAS en Varsovia, Polonia, y el Laboratorio Estatal de Fotocatálisis sobre Energía y Medio Ambiente, Facultad de Química de la Universidad de Fuzhou, China. El nuevo material 3D ha sido diseñado para queDurante el procesamiento de la energía solar, se logra la mejor colaboración entre los puntos de sulfuro de cadmio las llamadas estructuras de dimensión cero, los nanorods de óxido de zinc estructuras 1D y el grafeno estructuras 2D.
Los métodos para convertir la energía de la luz que llega a la Tierra desde el Sol se pueden dividir en dos grupos. En el grupo fotovoltaico, los fotones se utilizan para la generación directa de energía eléctrica. El enfoque fotocatalítico es diferente: aquí la radiación, tanto visible como ultravioleta, se utiliza para activar compuestos químicos y llevar a cabo reacciones que almacenan energía solar. De esta manera es posible, por ejemplo, reducir el CO 2 para metanol, sintetizar combustible o producir intermedios orgánicos valiosos para la industria química o farmacéutica.
El principio de funcionamiento del nuevo fotocatalizador tridimensional, desarrollado por el grupo del IPC PAS y la Universidad de Fuzhou, es simple. Cuando un fotón con la energía apropiada cae sobre el semiconductor - óxido de zinc ZnO o cadmioSulfuro de CdS: se forma un par de electrones. En circunstancias normales, se recombinaría casi de inmediato y se perdería la energía solar. Sin embargo, en el nuevo material, los electrones liberados en ambos semiconductores como resultado de la interacción con los fotones.fluye rápidamente a lo largo de los nanorods hasta la base de grafeno, que es un excelente conductor. La recombinación no puede ocurrir y los electrones se pueden usar para crear nuevos enlaces químicos y así sintetizar nuevos compuestos. La reacción química real tiene lugar en la superficie delgrafeno, previamente recubierto con los compuestos orgánicos que se van a procesar.
El óxido de zinc solo reacciona con la radiación ultravioleta, de la cual hay solo un pequeño porcentaje de la luz solar. Por lo tanto, los investigadores del IPC PAS y la Universidad de Fuzhou también han cubierto los bosques de nanorod con sulfuro de cadmio. Esto reacciona principalmente con luz visible, de los cualeshay aproximadamente 10 veces más que el ultravioleta, y este es el principal proveedor de electrones para las reacciones químicas.
"Nuestro material fotocatalítico funciona con un alto rendimiento. Por lo general, lo agregamos a los compuestos que se procesan en una proporción de aproximadamente 1:10. Después de la exposición a la radiación solar en no más de media hora procesamos el 80% y, a veces, incluso másmás del 90% de los sustratos ", subraya el profesor Yi-Jun Xu FRSC de la Universidad de Fuzhou, donde la mayoría de los experimentos han sido llevados a cabo por el equipo de investigación dirigido por él.
"La gran ventaja de nuestro fotocatalizador es la facilidad de su producción", señala a su vez el Prof. Juan Carlos Colmenares del IPC PAS. "El grafeno adecuado para aplicaciones en fotoquímica ahora está disponible sin mayores problemas y no es costoso. EnA su vez, el proceso inventado por nosotros para recubrir el grafeno con plantaciones de nanorods de óxido de zinc, en el que posteriormente depositamos sulfuro de cadmio, es rápido, eficiente, tiene lugar a una temperatura ligeramente superior a la temperatura ambiente, a presión normal, y no requierecualquier sustrato sofisticado "
Para la aplicación a una escala más amplia, es importante que el nuevo fotocatalizador se consuma lentamente. Los experimentos realizados hasta la fecha muestran que solo después del sexto y séptimo uso se produce una ligera disminución de aproximadamente el 10% en el rendimiento de la reacción.
Utilizado con habilidad, el nuevo fotocatalizador 3D puede alterar significativamente el curso de las reacciones químicas. Su uso, por ejemplo, en la industria farmacéutica, podría reducir el número de etapas de producción de ciertos compuestos farmacológicos de una docena a solo unas pocas.
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Materiales proporcionados por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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