Nuevo Nanomaterial para la Conversión de Energía

La investigación intensiva se ha centrado en la conversión de la energía solar para obtener combustibles químicos limpios, como el hidrógeno del que hablábamos antes. Una solución prometedora consiste en convertir la energía fotónica en hidrógeno utilizando un material semiconductor. Una de las mayores dificultades de este proceso es la recolección de energía fotónica en todo el espectro solar (desde el ultravioleta (UV) hasta la región del infrarrojo cercano (NIR)) y la generación simultánea de portadores de carga en los niveles de energía adecuados para la reducción del H+.

Hace tiempo que se estudian muchos materiales y tecnologías como fotocatalizadores para la división del agua por medio de la energía solar. Parece difícil encontrar un candidato adecuado compatible con todo el espectro solar. Sin embargo, se han presentado algunas soluciones utilizando diversas técnicas, como el fuerte dopaje, la integración de semiconductores de banda estrecha y la decoración con metales nobles y cocatalizadores para aumentar el rango de absorción hasta incluir el visible o el NIR.

Un estudio reciente del Centro de Tecnología NanoScience de Florida informó que las heteroestructuras de nanomateriales podrían ser muy eficaces para la generación fotocatalítica de H₂. El equipo dirigido por Y. Yang utilizó disulfuro de molibdeno (MoS₂) laminado junto con conjuntos de nanocavidades de TiO₂. Esta compleja estructura, obtenida mediante una anodización cuidadosamente controlada, ofrecía una amplia respuesta espectral que iba desde las longitudes de onda ultravioleta-visible (UV-vis) hasta el infrarrojo cercano (NIR). Demostraron que la heteroestructura espacialmente uniforme, correlacionada con la resonancia plasmónica, era muy eficiente en la recolección de energía solar y en la producción fotocatalítica de H₂.

Ilustración esquemática del proceso de fabricación del nanomaterial de la heteroestructura.

"Hemos abierto una nueva ventana para dividir el agua real, no sólo el agua purificada en un laboratorio. Esto funciona realmente bien en el agua de mar. [...] Podemos absorber mucha más energía solar de la luz que el material convencional. A la larga, si se comercializa, sería bueno para la economía de Florida. Tenemos mucha agua de mar en los alrededores de Florida y mucho sol de verdad".

Y. Yang, Centro Tecnológico de Nanociencia, Florida

En muchas situaciones, producir un combustible químico a partir de la energía solar es una solución mejor que producir electricidad a partir de paneles solares. Esa electricidad debe utilizarse o almacenarse en baterías, que se degradan, mientras que el gas hidrógeno se almacena y transporta fácilmente. Como exploración innovadora, este estudio demuestra que el proceso fotocatalítico que utiliza materiales terrestres puede mejorarse con efectos plasmónicos, lo que puede servir como un excelente agente catalítico para la conversión de energía solar en combustibles químicos. De esta forma, la fabricación del catalizador es relativamente fácil y barata.

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