Catalizadores electroquímicos respetuosos con el medio ambiente que utilizan células solares para cosechar la energía del sol

07.10.2019

Chemical Communications

Figura 1. Estructura y rendimiento del dispositivo La estructura del dispositivo propuesto, que muestra cómo se utilizan los orificios generados (h+) para facilitar la oxidación del tiol. La corriente medida aumenta drásticamente bajo la iluminación y la aplicación de un ligero potencial.

Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y la Universidad de Kanazawa desarrolla un dispositivo ecológico que utiliza la energía solar para catalizar una reacción de oxidación electroquímica con alta eficiencia.

Las fuentes de energía verde constituyen un campo de investigación caliente a nivel mundial debido a la actual crisis medioambiental y a la necesidad de evitar las energías no renovables (combustibles fósiles). Los investigadores llevan décadas buscando formas de aprovechar y cosechar la energía solar, y los dispositivos fotovoltaicos, que convierten la luz en electricidad, tienen una gran demanda.

El estudio de estos dispositivos ha progresado mucho desde que su interés se despertó por última vez en la década de 1970, después de las conmociones económicas causadas por los precios del petróleo. Aunque la mayoría de los avances se han realizado en el caso de las células solares basadas en silicio, los científicos han demostrado que los dispositivos fotovoltaicos orgánicos también pueden alcanzar un rendimiento aceptable. El uso de materiales orgánicos es ventajoso porque se pueden imprimir y pintar como procesos respetuosos con el medio ambiente, a diferencia de los procesos de silicio. Los materiales orgánicos también vienen en gran variedad, lo que permite adaptarlos a cada aplicación específica.

Las células solares fotovoltaicas orgánicas están formadas por una "capa activa" intercalada entre dos electrodos diferentes (un electrodo frontal transparente y un electrodo posterior). La capa activa es donde comienza la magia; la energía de los fotones de la luz incidente se transfiere a los electrones del material a través de colisiones, excitándolos y poniéndolos en movimiento, dejando atrás pseudo-partículas cargadas positivamente conocidas como "agujeros". Técnicamente no existen, pero pueden utilizarse para describir aproximadamente el comportamiento eléctrico del material. La importancia de los electrodos radica en que cada uno debe recoger un tipo de estas partículas cargadas (una recoge agujeros, y los otros electrones) para evitar que se recombinen en la capa activa. Los electrones fluyen a través de un circuito externo que está conectado a ambos electrodos, creando electricidad a partir de la luz.

Sin embargo, es difícil recoger grandes cantidades de electrones y agujeros en los electrodos y convertir la luz en electricidad con alta eficiencia. Algunos investigadores han propuesto que sería beneficioso utilizar directamente los agujeros o electrones generados en reacciones químicas cerca de la capa activa. Así de motivado, un equipo de investigación formado por el Dr. Keiji Nagai de Tokyo Tech y la Universidad de Kanazawa propuso un procedimiento de fabricación sencillo para un dispositivo fotoelectroquímico orgánico que puede cosechar energía solar para promover una reacción de oxidación química.

Su enfoque comienza con un dispositivo fotovoltaico orgánico convencional, que puede fabricarse fácilmente y cuyas características son bien conocidas, y que elimina mecánicamente el electrodo trasero donde se recogen los orificios. La capa activa expuesta se recubre con ZnPc y se sumerge en tiol, como se muestra en la Fig. 1. Los orificios generados por la luz incidente se utilizan directamente para la oxidación de tiol, que es catalizada (facilitada) por la capa de ZnPc. Los electrones excitados fluyen a través del electrodo frontal restante, generando una corriente eléctrica.

La simplicidad y las ventajas del enfoque de fabricación y la eficiencia medida al cosechar la energía de la luz son muy prometedoras. "La remoción del electrodo trasero es una técnica prometedora y repetible para construir una célula fotoelectroquímica bien caracterizada", explica el Dr. Nagai. Los investigadores también estudiaron las propiedades topográficas y electroquímicas de la capa activa recubierta con ZnPc para dilucidar los principios de su actividad catalítica. "Los efectos del recubrimiento de ZnPc fueron claramente observados en nuestros análisis y consisten en la acumulación efectiva de agujeros foto-generados", afirma el Dr. Takahashi de la Universidad de Kanazawa. Los dispositivos respetuosos con el medio ambiente, como el que se propone, proporcionan más formas de aprovechar la energía del sol y nos acercan a un futuro más verde.

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.

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