Los materiales 2D Janus podrían cosechar abundante combustible de hidrógeno
Un nuevo grupo de materiales 2D asimétricos puede catalizar fácilmente la división del agua en hidrógeno y oxígeno
Varios estudios han predicho que la reacción de división del agua podría ser catalizada por ciertos grupos de materiales 2D, cada uno de los cuales mide sólo unos pocos átomos de grosor. Un grupo especialmente prometedor es el de los materiales 2D Janus, cuyas dos caras presentan cada una una composición molecular distinta. Junfeng Ren y sus colegas de la Universidad Normal de Shandong (China) han presentado en EPJ B un nuevo grupo de cuatro materiales Janus 2D que podrían ser especialmente adecuados para esta tarea.
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Dado que el hidrógeno libera abundante energía en su combustión y sólo produce agua como subproducto, se considera una excelente alternativa a los combustibles fósiles. La división de las moléculas de agua implica una "reacción redox", en la que electrones y huecos participan en reacciones de reducción y oxidación. Al ser excelentes semiconductores, los materiales 2D Janus son especialmente adecuados para catalizar esta reacción. Cuando un electrón de la "banda de valencia" aislante de un semiconductor absorbe un fotón, es excitado a la "banda de conducción" del material, dejando tras de sí un hueco cargado positivamente. Estos materiales son a la vez fuente y receptores de electrones, lo que facilita las reacciones redox.
En su estudio teórico, el equipo de Ren examinó un grupo de cuatro de estos materiales: con una superficie compuesta de selenio o telurio, y la otra de bromo o yodo, con ambas caras intercalando una capa intermedia de astato. En estos semiconductores, las energías de sus bandas de valencia y conducción estaban lo suficientemente separadas como para impedir que los electrones y los huecos se recombinasen fácilmente, lo que les permitía combinar electrones y huecos para producir hidrógeno y oxígeno. Los cuatro materiales presentan una estabilidad y una absorción de la luz excelentes, por lo que los investigadores creen que podrían ser candidatos muy prometedores para catalizar la reacción de división del agua. Si estos resultados pueden reproducirse en experimentos, el equipo de Ren espera que los cuatro materiales puedan convertirse en un elemento clave del esfuerzo mundial por eliminar nuestras emisiones de carbono en las próximas décadas.
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