Un nuevo sistema fotocatalítico para obtener hidrógeno a partir del agua
En los sistemas fotoelectroquímicos, el hidrógeno se produce mediante semiconductores especializados que utilizan la luz del sol para disociar las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Los materiales semiconductores empleados actualmente para convertir la energía solar en energía química en forma de hidrógeno son similares a los que se utilizan en la generación de energía solar fotovoltaica. Hay, no obstante, una diferencia importante. Para llevar a cabo la disociación fotoelectroquímica del agua, los electrodos semiconductores se sumergen en un electrolito de base acuosa. Los semiconductores orgánicos ofrecen una gran eficiencia con un coste menor al de los materiales inorgánicos, pero se corroen en contacto con el agua. El proyecto PHOCS(se abrirá en una nueva ventana) (Photogenerated hydrogen by organic catalytic systems) tenía el propósito de conjugar las propiedades de absorción de luz de semiconductores orgánicos con las capacidades de transporte de carga de ciertos semiconductores inorgánicos. Los investigadores depositaron sobre los materiales fotosensibles una capa de óxido de titanio nanométrico que actuase como barrera entre el agua y los semiconductores orgánicos. El nanomaterial metálico proporcionó además una conexión eléctrica entre los electrodos y el catalizador de platino utilizado. De ese modo, el sistema fotoelectroquímico de aprovechamiento de la luz se hizo más estable en el entorno agua/electrolito. Uno de los principales retos a los que se enfrentaba el proyecto consistía en demostrar la posibilidad de utilizar materiales orgánicos para la generación fotoelectroquímica de hidrógeno. Con el nuevo dispositivo, se consiguió una producción de hidrógeno sostenida durante tres horas, lo que supuso una estabilidad nunca antes alcanzada. Por último, se construyó satisfactoriamente un dispositivo que sirvió como prueba de concepto y que cumplía los objetivos fijados en PHOCS en lo que concierne a la eficiencia de la fotoconversión. El dispositivo demostró sin margen de duda que unas interfaces híbridas (orgánicas e inorgánicas), obtenidas empleando tecnicas baratas y fácilmente ampliables en su escala, eran capaces de promover de forma eficiente la producción de hidrógeno empleando la luz visible, agua salina y catalizadores no preciosos. Los sistemas híbridos desarrollados se pueden utilizar también en otras aplicaciones fotoelectroquímicas, por ejemplo para la reducción de dióxido de carbono. Se han propuesto fullerenos con una nueva síntesis para promover reacciones de reducción de oxígeno sin metales. Los resultados de PHOCS pueden aplicarse a campos afines, a saber: sistemas fotovoltaicos, bioelectrónica orgánica, fotodetección en condiciones ambientales adversas y técnicas de procesado de nanoestructuras inorgánicas. El proyecto PHOCS contribuirá a la transición del actual modelo energético basado en combustibles fósiles a un modelo sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
