Catalizador eficiente para la separación de agua

Nuevo material semiconductor híbrido para la producción sostenible de hidrógeno

20.05.2019

A. Battenberg / TUM

Agujas del SnIP semiconductor flexible.

T. Nilges / TUM

Una cadena de la doble hélice está formada por una cadena alternada de átomos de estaño y yodo, mientras que la otra está formada por átomos de fósforo.

Los químicos de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado un catalizador eficiente para la separación de agua como parte de un esfuerzo internacional de investigación en colaboración. El catalizador se compone de una estructura de semiconductor de doble hélice recubierta de nitruro de carbono. Es perfecto para producir hidrógeno de forma económica y sostenible.

Un equipo internacional dirigido por el químico Tom Nilges de TUM y el ingeniero Karthik Shankar de la Universidad de Alberta han encontrado una estructura de semiconductores estable pero flexible que divide el agua de forma mucho más eficiente de lo que antes era posible.

Un compuesto inorgánico de doble hélice compuesto por los elementos estaño, yodo y fósforo (SnIP) forma el núcleo de la estructura. Se sintetiza en un simple proceso a temperaturas de alrededor de 400 grados centígrados. Las fibras SnIP son flexibles y, al mismo tiempo, robustas como el acero.

"El material combina las propiedades mecánicas de un polímero con el potencial de un semiconductor", dice Tom Nilges, profesor de Síntesis y Caracterización de Materiales Innovadores en la Universidad Técnica de Munich. "A partir de esto, podemos fabricar componentes semiconductores flexibles en un nuevo paso técnico."

Carcasa blanda con núcleo duro

El uso como catalizador de separación de agua es la primera aplicación para este material inusual. Los químicos prepararon nanopartículas de cada una de las sustancias de partida y mezclaron las suspensiones de estas dos nanopartículas entre sí. El resultado fue una estructura con un núcleo SnIP duro pero flexible y una carcasa de nitruro de carbono blando.

Las mediciones muestran que la estructura heterogénea resultante no sólo es significativamente más estable que cualquiera de los materiales iniciales. También divide el agua cuatro veces más eficientemente de lo que antes era posible, lo que la hace interesante como material para producir hidrógeno barato o para almacenar químicamente el excedente de electricidad de los parques eólicos.

Fibras unidimensionales

Sabiendo que la gran eficiencia del catalizador se debe principalmente a su gran superficie, los químicos aumentaron el área superficial dividiendo las fibras SnIP en filamentos más delgados. Una mezcla de 30 por ciento de SnIP y 70 por ciento de nitruro de carbono resultó ser la más efectiva.

Las fibras más finas comprenden varias hebras de doble hélice y sólo tienen unos pocos nanómetros de espesor. El material es en principio unidimensional. Envolverlo en nitruro de carbono permite que el material retenga su alta reactividad a la vez que se vuelve más duradero, lo que lo hace más adecuado como catalizador.

Los semiconductores flexibles pueden desencadenar un nuevo bombo

Pero los hélices dobles unidimensionales SnIP también abren la puerta a tipos de aplicaciones muy diferentes. Los investigadores estarían particularmente interesados en obtener una sola hebra de SnIP. Éstos serían entonces diestros o zurdos - con sus respectivas propiedades ópticas muy especiales. Esto hace de SnIP un material muy atractivo para la optoelectrónica.

"Pudimos demostrar teóricamente que muchos otros compuestos de este tipo son posibles. Actualmente estamos trabajando en la síntesis de estos materiales", dice Nilges. "Los semiconductores 1D flexibles, inorgánicos, de tamaño nanométrico, podrían crear tanto bombo como los materiales de capas 2D como el grafeno, los fósforos o el disulfuro de molibdeno lo hacen hoy en día."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Technische Universität München

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