23.07.2020 - Tomsk Polytechnic University

El nuevo material puede generar hidrógeno a partir de la sal y el agua contaminada

El material 2D genera eficientemente moléculas de hidrógeno a partir de agua dulce, salada y contaminada por la exposición a la luz solar

Científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk, junto con equipos de la Universidad de Química y Tecnología de Praga y de la Universidad Jan Evangelista Purkyne de Ústí nad Labem, han desarrollado un nuevo material 2D para producir hidrógeno, que es la base de la energía alternativa. El material genera eficientemente moléculas de hidrógeno a partir de agua dulce, salada y contaminada por la exposición a la luz solar.

"El hidrógeno es una fuente de energía alternativa. Por lo tanto, el desarrollo de las tecnologías del hidrógeno puede convertirse en una solución al desafío energético mundial. Sin embargo, hay una serie de problemas que hay que resolver. En particular, los científicos siguen buscando métodos eficientes y ecológicos para producir hidrógeno. Uno de los principales métodos es descomponer el agua mediante la exposición a la luz solar. Hay mucha agua en nuestro planeta, pero sólo unos pocos métodos adecuados para la sal o el agua contaminada. Además, pocos utilizan el espectro infrarrojo, que es el 43% de toda la luz solar", señala Olga Guselnikova, una de las autoras e investigadora de la Escuela de Investigación de Química y Ciencias Biomédicas Aplicadas de la TPU.

El material desarrollado es una estructura de tres capas con un espesor de 1 micrómetro. La capa inferior es una delgada película de oro, la segunda está hecha de platino de 10 nanómetros, y la tercera es una película de estructuras orgánicas metálicas de compuestos de cromo y moléculas orgánicas.

"Durante los experimentos, regamos el material y sellamos el recipiente para tomar muestras periódicas de gas para determinar la cantidad de hidrógeno. La luz infrarroja causó la excitación de la resonancia del plasmón en la superficie de la muestra. Los electrones calientes generados en la película de oro fueron transferidos a la capa de platino. Estos electrones iniciaron la reducción de protones en la interfaz con la capa orgánica. Si los electrones alcanzan los centros catalíticos de las estructuras orgánicas de metal, estos últimos también se utilizaron para reducir protones y obtener hidrógeno", explica Olga.

Los experimentos han demostrado que 100 centímetros cuadrados del material pueden generar 0,5 litros de hidrógeno en una hora. Es una de las tasas más altas registradas para los materiales 2D.

"En este caso, el marco metal-orgánico también actuó como filtro. Filtraba las impurezas y pasaba el agua ya purificada y sin impurezas a la capa de metal. Es muy importante, porque, aunque hay mucha agua en la Tierra, su volumen principal es o bien sal o bien agua contaminada. Por lo tanto, debemos estar preparados para trabajar con este tipo de agua", señala.

En el futuro, los científicos mejorarán el material para hacerlo eficiente tanto para el espectro infrarrojo como para el visible.

"El material ya demuestra una cierta absorción en el espectro de luz visible, pero su eficiencia es ligeramente inferior a la del espectro infrarrojo. Después de la mejora, se podrá decir que el material funciona con el 93% del volumen espectral de la luz solar", añade Olga.

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