{"id":131933,"date":"2013-03-14T09:22:53","date_gmt":"2013-03-14T08:22:53","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=131933"},"modified":"2013-03-14T09:22:53","modified_gmt":"2013-03-14T08:22:53","slug":"sistemas-fotocataliticos-basados-en-oro-para-la-mejora-del-aprovechamiento-de-la-luz-solar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2013\/03\/14\/131933","title":{"rendered":"Sistemas fotocatal\u00edticos basados en oro para la mejora del aprovechamiento de la luz solar"},"content":{"rendered":"

La transformaci\u00f3n de energ\u00eda solar en combustibles mediante procesos fotocatal\u00edticos es uno de los campos de investigaci\u00f3n actuales para la b\u00fasqueda de tecnolog\u00edas alternativas a los procesos convencionales de producci\u00f3n de energ\u00eda.\u00a0<\/em><\/p>\n

Un estudio publicado recientemente en la revista Nature Nanotechnology recoge el dise\u00f1o de un innovador sistema fotocatal\u00edtico para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno, basado en el efecto de resonancia de superficie plasm\u00f3n del oro generado durante el proceso.<\/em><\/p>\n

[Autora: Laura Collado \u2013 Instituto IMDEA Energ\u00eda]<\/strong><\/p>\n

Cient\u00edficos de la Universidad de California, Santa B\u00e1rbara (UC SB) han dise\u00f1ado un interesante sistema catal\u00edtico, para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno a partir de agua, alternativo a los sistemas convencionales basados en un \u00fanico material semiconductor.<\/p>\n

El proceso fotocatal\u00edtico de producci\u00f3n de hidr\u00f3geno a partir de agua, conocido como water splitting<\/em>, en general precisa de una fuente de luz y de un catalizador, en la mayor\u00eda de los casos basado en un material semiconductor. Durante este proceso, la iluminaci\u00f3n con energ\u00eda suficiente de la superficie del semiconductor genera una separaci\u00f3n de cargas en el material (pares electr\u00f3n-hueco) que son las responsables de llevar a cabo las reacciones qu\u00edmicas implicadas, en este caso la formaci\u00f3n de H2<\/sub> y O2<\/sub> mediante la escisi\u00f3n de una mol\u00e9cula de H2<\/sub>O.<\/p>\n

Lo novedoso del sistema catal\u00edtico publicado en el \u00faltimo volumen de la revista Nature Nanotechnology<\/em> [1], es que las cargas necesarias para la reacci\u00f3n no son generadas por un semiconductor sino por una nanoestructura met\u00e1lica, en concreto por nanorods<\/em> de oro. La idea de este sistema se basa en utilizar el efecto de resonancia de superficie plasm\u00f3n (SPR) del oro, que es una interesante propiedad \u00f3ptica que presentan algunos metales cuando son excitados con luz visible a determinadas longitudes de onda. Este efecto genera en la superficie del metal una oscilaci\u00f3n colectiva de electrones que pueden transferirse por ejemplo a otro semiconductor adyacente, que no habr\u00eda sido posible excitar con esa radiaci\u00f3n, lo que implica un aumento del rango de absorci\u00f3n de luz del sistema y posiblemente una mejora global de la eficiencia del proceso.<\/p>\n

El sistema catal\u00edtico dise\u00f1ado en el estudio consta de un conjunto de nanorods<\/em> de oro cubiertos por una capa de material semiconductor (TiO2<\/sub>) decorado en superficie con nanopart\u00edculas de platino. La irradiaci\u00f3n del oro provoca la aparici\u00f3n del plasm\u00f3n superficial y por tanto, que los electrones excitados en el metal se puedan transferir a lo largo de los nanorods<\/em> hasta el semiconductor. Una vez all\u00ed las nanopart\u00edculas de platino act\u00faan como aceptores de electrones, captur\u00e1ndolos para que est\u00e9n disponibles para la formaci\u00f3n de H2<\/sub>y no se consuman en procesos de recombinaci\u00f3n con los huecos tambi\u00e9n generados. Los huecos a su vez son empleados por un catalizador basado en cobalto, depositado en la parte inferior del sistema, responsable de la formaci\u00f3n de ox\u00edgeno. La Figura 1 muestra una adaptaci\u00f3n del esquema del sistema catal\u00edtico empleado.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figura 1. Esquema del sistema catal\u00edtico basado en nanorods<\/em> de oro modificados (adaptado de referencia 1).<\/p>\n

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Seg\u00fan este estudio, la producci\u00f3n de H2<\/sub> pudo observarse tan s\u00f3lo despu\u00e9s de 2 h de reacci\u00f3n manteniendo una buena estabilidad a lo largo del tiempo de reacci\u00f3n. La producci\u00f3n obtenida con cada nanorod<\/em> de oro fue de 5\u00a0\u00d7\u00a01013<\/sup>\u00a0mol\u00e9culas de H2<\/sub> por cm2<\/sup> y segundo bajo 1 sol de iluminaci\u00f3n (AM\u00a01.5 and 100\u00a0mW\u00a0cm\u22122<\/sup>).<\/p>\n

En la actualidad este tipo de sistemas catal\u00edticos a\u00fan se encuentran en fase de investigaci\u00f3n, ya que el coste y los rendimientos a\u00fan no son comparables a los obtenidos con los sistemas convencionales basados en materiales semiconductores. No obstante, su estudio tiene gran potencial ya que permitir\u00eda en un futuro dise\u00f1ar sistemas catal\u00edticos capaces de aprovechar un amplio rango de luz solar y producir hidr\u00f3geno de forma m\u00e1s eficiente y sostenible.<\/p>\n

[1] S. Mubeen et al. Nature Nanotechnology, 2013 (en prensa, doi:10.1038\/nnano.2013.18).<\/p>\n

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