MADRID, 8 (EUROPA PRESS)
Los hallazgos, codirigidos por el Dr. Virgil Andrei, investigador del St John's College de la Universidad de Cambridge, con académicos del Imperial College de Londres, podrían ayudar a superar uno de los problemas clave en la producción de combustible solar, donde los materiales absorbentes de luz que abundan actualmente en la tierra están limitados por su rendimiento o estabilidad.
Dado que la mayor parte del hidrógeno se suministra actualmente a partir de combustibles fósiles, los investigadores ahora están trabajando para encontrar formas de generar hidrógeno de manera más sostenible. Una forma de lograr esto es fabricar dispositivos que puedan recolectar la luz solar y dividir el agua para producir hidrógeno verde.
Si bien se han probado muchos materiales absorbentes de luz para la producción de hidrógeno verde, la mayoría se degrada rápidamente cuando se sumerge en agua. Por ejemplo, las perovskitas son los materiales de más rápido crecimiento en términos de eficiencia de captación de luz, pero son inestables en el agua y contienen plomo. Esto presenta un riesgo de fuga; por lo tanto, los investigadores han estado trabajando para desarrollar alternativas sin plomo.
El oxiyoduro de bismuto (BiOI) es una alternativa de semiconductor no tóxico que se ha pasado por alto para las aplicaciones de combustible solar debido a su escasa estabilidad en el agua. Pero basándose en hallazgos previos sobre el potencial de BiOI, los investigadores decidieron revisar la promesa de este material para la producción de hidrógeno verde.
El doctor Robert Hoye, profesor del Departamento de Materiales del Imperial College de Londres, explicó en un comunicado: "El oxiyoduro de bismuto es un material fotoactivo fascinante que tiene niveles de energía en las posiciones adecuadas para dividir el agua. Hace unos años, demostramos que las células solares de BiOI son más estables que las que utilizan absorbentes de luz de perovskita de última generación. Queríamos ver si podemos traducir esa estabilidad en la producción de hidrógeno verde".
La profesora Judith Driscoll, Departamento de Ciencia de Materiales y Metalurgia de la Universidad de Cambridge, dijo: "Hemos estado trabajando en este material durante algún tiempo, debido a su amplia gama de aplicaciones potenciales, así como a su simplicidad de fabricación, baja toxicidad y buena estabilidad. Fue genial combinar la experiencia de los diferentes grupos de investigación en Cambridge y con Imperial".
El equipo de investigadores creó dispositivos que imitaban el proceso de fotosíntesis natural que ocurre en las hojas de las plantas, excepto que producen combustibles como hidrógeno en lugar de azúcares. Estos dispositivos de hojas artificiales se fabricaron con BiOI y otros materiales sostenibles, y recolectan la luz solar para producir O2, H2 y CO.
Los investigadores encontraron una manera de aumentar la estabilidad de estos dispositivos de hojas artificiales mediante la inserción de BiOI entre dos capas de óxido. La robusta estructura del dispositivo a base de óxido se recubrió además con una pasta de grafito repelente al agua, lo que evitó la infiltración de humedad. Esto prolongó la estabilidad de los píxeles absorbentes de luz de oxiyoduro de bismuto de minutos a un par de meses, incluido el tiempo que los dispositivos permanecieron almacenados.
Este es un hallazgo significativo que transforma a BiOI en un recolector de luz viable para la producción estable de hidrógeno verde.
"Estas capas de óxido mejoran la capacidad de producir hidrógeno en comparación con el BiOI independiente", dijo el Dr. Robert Jagt (Departamento de Ciencia de los Materiales y Metalurgia de la Universidad de Cambridge), uno de los coautores principales.
Los investigadores descubrieron además que los dispositivos de hojas artificiales que comprenden múltiples áreas de recolección de luz (llamadas "píxeles") demostraron un mayor rendimiento que los dispositivos convencionales con un solo píxel más grande del mismo tamaño total. Este hallazgo podría hacer que la ampliación de nuevos recolectores ligeros sea mucho más fácil y rápida para la producción sostenible de combustible.