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Extracción de combustible a partir de agua aprovechando la luz solar

Gracias a fondos europeos, unos científicos obtuvieron unos novedosos materiales híbridos de nanocarbono y semiconductor inorgánico para aplicaciones de fotocatálisis. El ensamblaje controlado de los elementos de construcción nanométricos y la labor de ingeniería interficial permitieron mejorar la transferencia de cargas y, así, la eficiencia fotocatalítica.
Extracción de combustible a partir de agua aprovechando la luz solar
La naturaleza suele ser fuente de inspiración para múltiples proyectos científicos. Existen múltiples estudios sobre el empleo de la luz del sol en dispositivos fotosintéticos artificiales para producir hidrógeno molecular (H2), por ejemplo para su posterior uso en pilas de combustible de hidrógeno. Los sistemas fotocatalíticos disocian moléculas de agua en H2 y oxígeno, pero para aprovechar esta reacción es necesario contar con materiales que aumenten la eficiencia y la estabilidad a un coste menor.

Gracias al apoyo prestado por la UE al proyecto CARINHYPH (Bottom-up fabrication of nano carbon-inorganic hybrid materials for photocatalytic hydrogen production), unos científicos estudiaron unos nanomateriales híbridos hechos con semiconductores inorgánicos y carbono nanoestructurado. Utilizaron nanotubos de carbono y grafeno de gran calidad y los funcionalizaron para así integrarlos en los compuestos inorgánicos mediante crecimiento in situ en distintas arquitecturas, en concreto, fibras y membranas de nanocarbono con recubrimiento inorgánico, híbridos giroedros mesoporosos y estructuras electrohiladas.

Los nanocarbonos, como el grafeno y los nanotubos de carbono, presentan una excelente movilidad del portador de carga, una gran área superficial y buena conductividad eléctrica. Amplían el rango de absorción de luz de los materiales híbridos, de manera que incrementan la cantidad de energía solar captada para la reacción fotocatalítica. Además, la vida de los pares electrón-hueco en los híbridos es más larga que en los materiales inorgánicos puros, lo que incrementa el rendimiento fotocatalítico.

Un aspecto esencial del proyecto fue aprovechar la ingeniería interficial como mecanismo de control de los procesos de transferencia de cargas entre los híbridos, aumentando así la duración de la carga y la eficiencia fotocatalítica. Con ese fin, el equipo del proyecto optimizó las rutas sintéticas. El uso de técnicas de espectroscopia de última generación proporcionó información valiosa sobre las propiedades electrónicas de la unión de semiconductores inorgánicos y nanocarbonos y ofreció distintas posibilidades para ajustar las rutas sintéticas.

Para probar la eficiencia fotocatalítica de los híbridos, los científicos los incorporaron a estructuras macroscópicas. Ello deparó valores récord de producción de H2 bajo una irradiación ultravioleta de giroedros de Ta2O5 mesoporosos con y sin co-catalizadores de platino. Los nanocarbonos potenciaron la actividad fotocatalítica cuando se añadieron en porciones pequeñas.

A corto plazo, CARINHYPH contribuirá a racionalizar el diseño y la síntesis de nuevos híbridos nanoestructurados con mejor rendimiento catalítico en aplicaciones de energía sostenible, como la disociación de agua, la purificación de agua, la fotoelectroquímica y los dispositivos fotovoltaicos. Estos sistemas híbridos nanoestructurados contribuirán a dar solución a los retos energéticos a los que se enfrenta la Unión Europea.

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Palabras clave

Grafeno, nanotubos de carbono, fotocatalítico, hidrógeno, CARINHYPH, materiales híbridos
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