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Defectos superficiales que aumentan la eficiencia de los fotocatalizadores

Procedente de una fuente de energía renovable y sin generación de residuos, la luz solar es ideal para lograr que los procesos de síntesis química sean respetuosos con el medio ambiente. Cabe esperar que los fotocatalizadores de altas prestaciones hagan de la química ecológica una realidad y permitan fabricar bienes de consumo más eficientes y con un impacto medioambiental menor.
Defectos superficiales que aumentan la eficiencia de los fotocatalizadores
Una comprensión cada vez más precisa de los procesos fundamentales que rigen los mecanismos de las reacciones químicas resulta clave para el desarrollo de fotocatalizadores más eficientes. El alineamiento de los niveles electrónicos entre el catalizador y el reactivo es el factor que mejor determina las reacciones fotocatalíticas. Este alineamiento de niveles de energía depende en gran medida de la morfología del catalizador y del sitio de absorción del reactivo, pero todavía no se conoce suficientemente debido a la dificultad que entraña estudiar estos procesos a su escala molecular fundamental.

Las extraordinarias propiedades ópticas y eléctricas de las monocapas de dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) las convierte en candidatos ideales para la fotocatálisis. Los defectos superficiales en semiconductores TMDC bidimensionales son capaces de modificar el transporte de cargas y de introducir ferromagnetismo. Los defectos unidimensionales como los bordes y los cantos de grano son capaces de alterar las propiedades electrónicas y ópticas y de introducir funcionalidad magnética o catalítica.

En el ámbito del proyecto PHOTOSTM (Investigating photo catalytic reactions at the molecular scale), financiado por la UE, un equipo de científicos combinó técnicas de microscopía y de espectroscopía de alta resolución para avanzar en la comprensión de la estructura electrónica del diseleniuro de molibdeno semiconductor delgado (MoSe2).

Se demostró la existencia de ondas de densidad de carga unidimensionales aisladas en los límites de simetría especular (MTB), intrínsecas al MoSe2 monocapa. Las mediciones microscópicas y espectroscópicas pusieron de manifiesto una banda prohibida ancha en el nivel de energía de Fermi de la estructura. Los científicos registraron una modulación periódica en la densidad de los estados de los límites de simetría especular por encima y por debajo del nivel de Fermi, coherente con el orden de la onda de densidad de carga. Los cálculos según la teoría del funcional de la densidad reprodujeron tanto la apertura de la banda como las modulaciones de la densidad de estados.

Mediante el proyecto PHOTOSTM se puso de relieve que los defectos de las monocapas de TMDC pueden ejercer un impacto significativo en el desarrollo de materiales fotoactivos novedosos y facilitar la configuración de propiedades nuevas.

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Palabras clave

Defectos superficiales, fotocatalizadores, química ecológica, PHOTOSTM, límites de simetría especular
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