Una colaboración entre los institutos Joliot e Iramis demuestra que es posible llevar a cabo la fotoproducción continua de hidrógeno a partir del agua, mediante la combinación de óxido de titanio, nanotubos de carbono y nanopartículas de oro en un chip microfluídico (Microfluidics es la ciencia y tecnología de sistemas que manipulan fluidos y cuyos…).
Imagen de ilustración Pixabay
El gas hidrógeno se considera como un vector (En matemáticas, un vector es un elemento de un espacio vectorial, que permite…) de energía (En el sentido común, la energía designa todo lo que permite realizar un trabajo, haciendo…) sostenible y una alternativa prometedora a los combustibles basados en hidrocarburos. Todavía es necesario poder producirlo «limpiamente» (es decir, sin emisiones de carbono de los recursos fósiles):
– Aunque abundante en la naturaleza, el hidrógeno H está generalmente asociado a otros elementos, en forma sólida o líquida. La fuente principal es la molécula (Una molécula es un conjunto químico eléctricamente neutro de al menos dos átomos, que…) de agua H2O, donde dos átomos de hidrógeno están unidos químicamente a un átomo de oxígeno (L’ oxígeno es un elemento químico de la familia de los calcógenos, de…), y que por tanto deben disociarse para obtener el gas deseado;
– La energía necesaria para lograr esto (∆H° = 286 kJ/mol) debe ser en sí misma de naturaleza sostenible/renovable (es decir, sin carbono).
La descomposición del agua en dioxígeno (el dioxígeno es una molécula compuesta por dos átomos de oxígeno, denominados O2,…) (O2) y en dihidrógeno (el dihidrógeno es la forma molecular del elemento hidrógeno, que existe…) (H2) por fotocatálisis solar es una de las pistas más interesantes. El uso de óxido de titanio (TiO2), material (Un material es un material de origen natural o artificial que el hombre da forma…) semiconductor (Un semiconductor es un material que tiene las características eléctricas d’un… ), ha sido ampliamente explorado para esta transformación. Pero el método tiene dos inconvenientes:
– El rendimiento fotocatalítico global se ve reducido por un fenómeno de recombinación de carga;
– La activación tiene lugar en longitudes de onda electromagnéticas en la región UV, es decir, una fracción limitada del espectro de luz natural (La luz es todas las ondas electromagnéticas visibles al ojo…) (aproximadamente el 5% del espectro solar).
Investigadores del equipo de Nanociencias (SCBM/DMTS) y NIMBE/LIONS del CEA, en colaboración con el departamento de energía del CEA y la École Polytechnique, han combinado su know-how para optimizar la fotodisociación del agua por TiO2 y desarrollar un dispositivo fotocatalítico permitiendo la producción continua de dihidrógeno:
– Combinando TiO2 con nanotubos de carbono que permiten la disociación de cargas y minimizan el fenómeno de recombinación;
– Mediante el uso de nanopartículas de oro para permitir una «sensibilización» del material de TiO2 a la luz visible (La luz visible, también llamada espectro visible o espectro óptico es parte de…);
– Todo lo cual podría integrarse en un chip microfluídico gracias a la red entrelazada de nanotubos de carbono. Este enfoque tiene la ventaja de una alta relación superficie/volumen, lo que promueve aún más la eficiencia de la reacción.
Dispositivo utilizado para el estudio de la producción de H2 en condiciones microfluídicas.
© Farah et al., Nanomateriales 2023.
TiO2, nanotubos de carbono y nanopartículas de oro trabajan en sinergia. Su asociación permite multiplicar la producción de hidrógeno por 2,5 respecto a la combinación simple (Una combinación puede ser:) TiO2/nanotubos de carbono y por 20 respecto a TiO2 solo.
Une stratégie équivalente pourrait être appliquée à des procédés de dépollution de l’environnement (L’environnement est tout ce qui nous entoure. C’est l’ensemble des éléments naturels et…) en mettant en oeuvre des dégradations photocatalysées de polluants chimiques , por ejemplo.
Referencia
Producción de hidrógeno fotocatalítico de flujo continuo a partir de agua activada sinérgicamente por TiO2, nanopartículas de oro y nanotubos de carbono
J. Farah, F. Malloggi, F. Miserque, J. Kim, E. Gravel y E. Doris. | Nanomateriales 13 (2023) 1184.