Transformar la luz solar y el agua en energía limpia es el desafío abordado por investigadores de la Universidad Estatal de Oregón con su nuevo fotocatalizador.
Un equipo dirigido por Kyriakos Stylianou de la Universidad Estatal de Oregón ha desarrollado un material capaz de transformar eficazmente la luz solar y el agua en hidrógeno. Este hidrógeno puede ser utilizado en coches y en la fabricación de muchos productos.
La descomposición del agua por fotocatálisis.
Crédito: Kyriakos Stylianou
Stylianou y su equipo han trabajado en materiales llamados estructuras organometálicas (MOF). Estos materiales están compuestos de metales y moléculas orgánicas, formando estructuras con poros diminutos y propiedades modulables.
Los investigadores han usado un MOF para crear un catalizador que, expuesto a la luz solar, separa rápida y eficientemente el agua en hidrógeno. Este catalizador, llamado RTTA, está compuesto de dos materiales: óxido de rutenio y óxido de titanio, dopados con azufre y nitrógeno.
Entre los diferentes materiales probados, el RTTA-1 mostró los mejores resultados, produciendo hidrógeno muy rápidamente y con gran eficiencia. En una hora, un gramo de RTTA-1 produjo más de 10.700 micromoles de hidrógeno, utilizando eficientemente el 10% de la luz recibida.
Este rendimiento se debe a las propiedades sinérgicas de los óxidos metálicos y las propiedades superficiales del MOF original. Este descubrimiento muestra el potencial de las heterouniones de óxidos metálicos derivados de MOF para una producción práctica de hidrógeno.
La producción de hidrógeno mediante separación del agua por fotocatálisis es más limpia que el método tradicional de reformado del metano. Aunque el óxido de rutenio es costoso, las pequeñas cantidades utilizadas en este catalizador podrían permitir una aplicación industrial rentable.
Estructuras Organometálicas (MOF)
Las Estructuras Organometálicas, o MOF (Metal-Organic Frameworks), son materiales cristalinos compuestos de iones metálicos unidos por ligandos orgánicos para formar estructuras porosas. Estos materiales presentan una superficie interna muy alta y una gran capacidad de absorción, lo que los hace ideales para muchas aplicaciones.
Los MOF se distinguen por su capacidad de ser diseñados de forma personalizada, modificando los metales y los ligandos utilizados, para obtener propiedades específicas. Se utilizan en diversos campos, entre ellos:
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Almacenamiento de gas: Los MOF pueden almacenar gases como hidrógeno o dióxido de carbono de manera eficiente debido a su alta superficie interna.
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Separación de gases: Gracias a sus poros de tamaños variados, pueden separar diferentes tipos de gases.
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Catálisis: Los MOF pueden servir como catalizadores o soportes de catalizadores para acelerar las reacciones químicas, como la producción de hidrógeno a partir del agua.
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Descontaminación: Pueden adsorber contaminantes, haciendo el agua y el aire más limpios.
Por lo tanto, los MOF son materiales muy prometedores para aplicaciones en el campo de la energía limpia y el medio ambiente, especialmente para el almacenamiento y la producción de hidrógeno, lo que contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Fuente: Angewandte Chemie International Edition