El agua está hecha de oxígeno e hidrógeno, y dividir las moléculas de agua para producir hidrógeno como combustible es un camino prometedor para la energía alternativa. Uno de los principales obstáculos para hacer realidad la producción de hidrógeno es que los métodos actuales de división del agua también producen peróxido de hidrógenoen formación: esto afecta tanto la eficiencia de la reacción como la estabilidad del proceso de producción.Los investigadores israelíes y holandeses del Instituto de Ciencia Weizmann y la Universidad Tecnológica de Eindhoven han logrado suprimir casi por completo la producción de peróxido de hidrógeno mediante el control de la rotación deelectrones en la reacción. El grupo publicó estos hallazgos esta semana en el Revista de la Sociedad Americana de Química . La producción eficiente de hidrógeno allana el camino hacia el uso de la energía solar para dividir el agua.
El objetivo es producir hidrógeno con células fotoelectroquímicas solares, utilizando luz para dividir el agua. Desafortunadamente, la ruptura de las moléculas de agua ha sido, hasta ahora, relativamente ineficiente, y el peróxido de hidrógeno formado como subproducto se corroe.algunos de los electrodos, lo que reduce aún más la eficiencia del proceso.
giro de electrones
Los investigadores, dirigidos por los profesores Ron Naaman del Instituto de Ciencia Weizmann y Bert Meijer de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, son los primeros en investigar específicamente el papel del espín, el momento magnético interno, de los electrones involucrados en estosreacciones químicas básicas basadas en el oxígeno. Supusieron que si ambos espines pudieran alinearse, la formación de peróxido de hidrógeno no ocurriría, porque el estado fundamental del peróxido de hidrógeno necesita dos electrones con espines opuestos. El oxígeno, en contraste, se produce cuando ellos electrones tienen espines paralelos.
Expectativas excedidas
El secreto del éxito fue la pintura: los investigadores cubrieron uno de los electrodos celulares fotoelectroquímicos, el ánodo de óxido de titanio, con pintura orgánica que contiene quiral moléculas que son imágenes especulares entre sí, estructuras supramoleculares de pintura orgánica.Las estructuras únicas permitieron a los científicos inyectar solo electrones con sus espines alineados en una determinada dirección en la reacción química. Este trabajo se basó en hallazgos previos del grupo de laboratorio de Naamán, demostrando que la transmisión de electrones a través de moléculas quirales es selectiva, dependiendo de los electrones"gira". El efecto sobre la división del agua superó nuestras expectativas ", dice Naamán." La formación de peróxido de hidrógeno fue suprimida casi por completo. También vimos un aumento significativo en la corriente celular. Y debido a que las moléculas quirales son muy comunes en la naturaleza,esperar que este hallazgo pueda tener importancia en muchas áreas de investigación "
Los investigadores aún no pueden decir exactamente qué tan bien este hallazgo puede mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno. "Nuestro objetivo era poder controlar la reacción y comprender qué estaba sucediendo exactamente", explica Meijer. "En algunosde alguna manera, esto fue un golpe de suerte porque las estructuras supramoleculares no habían sido diseñadas originalmente para este propósito. Esto demuestra cuán importante es la química supramolecular como un campo fundamental de investigación, y estamos muy ocupados optimizando el proceso ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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