Una vía sostenible para la fotoquímica que requiere energía

Muchos procesos fotoquímicos dependen de la luz ultravioleta de fuentes de luz ineficientes o tóxicas que la tecnología LED no puede sustituir por razones técnicas. Un equipo internacional de científicos dirigido por el profesor Christoph Kerzig, de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU), en Alemania, y el profesor Nobuhiro Yanai, de la Universidad de Kyushu, en Japón, ha desarrollado ahora el primer sistema molecular para la conversión de luz azul en fotones UV de alta energía con longitudes de onda inferiores a 315 nanómetros. Estos fotones en el llamado rango UVB son esenciales para numerosos procesos fotoquímicos en el contexto de la conversión de luz en energía, la desinfección o incluso las aplicaciones de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, la luz solar no puede proporcionar fotones UVB, y su generación artificial suele depender de lámparas de mercurio u otras alternativas muy ineficientes. Los nuevos hallazgos demuestran que un sistema de conversión ascendente de fotones (UC) sin metales puede transformar la luz visible disponible en fotones UVB. Por tanto, este avance puede considerarse un enfoque más respetuoso con el medio ambiente. Ya se han demostrado en el laboratorio las primeras aplicaciones sin mercurio.

Investigación en colaboración con una larga tradición

Ambos grupos de investigación comenzaron a trabajar en la conversión ascendente hace varios años. La UC es un proceso en el que la absorción de dos fotones de menor energía conduce a la emisión de un fotón de mayor energía. Esta técnica se ha desarrollado para aumentar la eficiencia de las células solares, principalmente mediante la conversión de fotones de baja energía en la región infrarroja. "Por el contrario, los fotones ultravioleta altamente energéticos están al alcance de la mano cuando se utiliza la luz azul como fuente de energía", explicó el profesor Kerzig, del Departamento de Química de la Universidad de Maguncia. Las moléculas a medida se han preparado en Maguncia y se han caracterizado con un nuevo dispositivo láser a gran escala instalado recientemente en el grupo de Kerzig. Además, se han aplicado técnicas espectroscópicas especiales en el laboratorio del profesor Nobuhiro Yanai al sistema de la UC para entender su funcionamiento en detalle.

Aunque el presente trabajo representa la primera colaboración entre los grupos de Kerzig y Yanai, los departamentos de química de ambas universidades tienen un programa de intercambio de estudiantes bien establecido. Esta novedosa colaboración reforzará aún más la red entre Maguncia y Kyushu.

Desarrollo de materiales de conversión ascendente reutilizables

Los científicos utilizaron un LED azul comercial como fuente de luz y aprovecharon la luz ultravioleta generada para escindir enlaces químicos fuertes que, de otro modo, requerirían condiciones de reacción muy duras. Además, con la instalación láser de Maguncia, el estudiante de doctorado Till Zähringer consiguió observar todos los intermedios del complejo mecanismo de conversión de energía. "Nuestro próximo objetivo es desarrollar materiales reutilizables para aplicaciones versátiles", afirma el profesor Nobuhiro Yanai. Su grupo en Kyushu es muy conocido por el desarrollo de materiales fotoactivos. La combinación de la ciencia de los materiales, la fotoquímica y la fotocatálisis en el marco de la colaboración Kyushu-Mainz allanará el camino hacia este ambicioso objetivo.