En la película de 2015 "The Martian", el astronauta varado Matt Damon recurre a la química del combustible para cohetes, la hidrazina y el hidrógeno, para crear agua que salva vidas y casi explota. Pero si cambia el proceso y obtiene la hidrazina para ayudar, crea hidrógeno a partir del agua al cambiar la conductividad en un semiconductor, una transformación con amplias aplicaciones potenciales en energía y electrónica.
"Demostramos en nuestro estudio que un tratamiento químico simple, en este caso una gota de hidrazina diluida N2H4 en agua, puede dopar electrones directamente a un semiconductor, creando uno de los mejores electrocatalizadores de evolución de hidrógeno", dijo Gautam Gupta, líder del proyecto en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en el equipo Light to Energy del grupo de Síntesis de Materiales y Dispositivos Integrados del Laboratorio. La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza .
Comprender cómo usar un tratamiento simple a temperatura ambiente para cambiar drásticamente las propiedades de los materiales podría conducir a una revolución en la producción de combustibles renovables y aplicaciones electrónicas. Como parte de la misión de Los Alamos, el Laboratorio realiza investigaciones multidisciplinarias para fortalecer la seguridadde energía para la nación, trabajo que incluye explorar fuentes alternativas de energía.
En los últimos años, la comunidad de ciencia de los materiales se ha interesado más en las propiedades eléctricas y catalíticas de los dichoslcogenuros de metales de transición TMD en capas. Los TMD son principalmente sulfuros y selenuros metálicos por ejemplo, MoS2 con una estructura en capas, similar al grafito;Esta estructura en capas permite oportunidades y desafíos únicos para modificar las propiedades y la funcionalidad eléctrica.
Gupta y Aditya Mohite, un físico con un doctorado en ingeniería eléctrica, han sido pioneros en el trabajo en Los Alamos buscando comprender las propiedades eléctricas de los TMD y utilizar ese conocimiento para optimizar estos semiconductores para la producción de combustibles renovables.
En este trabajo, la carcasa de MoS2 - nanocables centrales de MoOx, así como partículas de MoS2 puras y láminas 2D - se prueban para la electrocatálisis de la reacción de evolución de hidrógeno. La adición de hidrazina diluida a MoS2 mejora significativamente el rendimiento electrocatalítico. Caracterización adicionalmuestra que el MoS2 cambia de comportamiento semiconductor a tener más propiedades metálicas después de la exposición a la hidrazina.
"Lo más interesante de este resultado es que es diferente al dopaje convencional, donde se agregan químicos reales a un semiconductor para cambiar su concentración de portador de carga. En el caso del tratamiento con hidrazina, estamos 'dopando' los electrones directamente almaterial, sin modificar la química original ", dijo Dustin Cummins, primer autor de este proyecto, actualmente investigador postdoctoral en la División Sigma del Laboratorio que trabaja en el Programa CONVERTIR DOE / NNSA, explorando la fabricación de combustible para reactores de próxima generación.
Cummins encontró por primera vez el resultado de la producción de hidrógeno trabajando con Gupta en Los Alamos como un afiliado de investigación de estudiantes graduados de la Universidad de Louisville asesor: Dr. Mahendra Sunkara y continuó llevando a cabo experimentos y refinando la discusión mientras trabajaba como postdoctorado.
"La hidrazina que actúa como un dopante de electrones en semiconductores inorgánicos se ha observado desde la década de 1970, pero hay una comprensión limitada del proceso", señaló Cummins. "Nuestro mayor obstáculo fue demostrar que la hidrazina estaba cambiando realmente la conductividad del MoS2y eso es lo que resulta en una mayor actividad catalítica ", que se demostró en dispositivos de una sola lámina, dijo. Múltiples áreas de experiencia del personal de Los Alamos en semiconductores en capas, química, espectroscopía, fabricación de dispositivos eléctricos y más se unieron para proporcionaralgunos de los mejores conocimientos y mecanismos hasta la fecha para que la hidrazina actúe como un dopante de electrones.
Este documento, "Evolución eficiente del hidrógeno en los dichalcogenuros de metales de transición a través de una reacción simple de hidrazina en un solo paso", no solo presenta uno de los mejores electrocatalizadores de división de agua de hidrógeno hasta la fecha, sino que también "abre una dirección completamente nueva para la investigación enelectroquímica y física de dispositivos semiconductores en general ", dijo Gupta.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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