La molécula que aprovecha todo el espectro de luz solar para combustible

Scientists for the first time have developed a single molecule that can absorb sunlight efficiently and also act as a catalyst to transform solar energy into hydrogen, a clean alternative to fuel for things like gas-powered vehicles.This new molecule collects energy from the entire visible spectrum, and can harness more than 50% more solar e...

Los científicos han desarrollado por primera vez una molécula que puede absorber la luz solar de manera eficiente y también actuar como catalizador para transformar la energía solar en hidrógeno, una alternativa limpia al combustible para cosas como los vehículos a gas.

Esta nueva molécula recoge la energía de todo el espectro visible, y puede aprovechar más del 50% de la energía solar que las células solares actuales. El hallazgo podría ayudar a hacer la transición de los combustibles fósiles a fuentes de energía que no contribuyen al cambio climático.

Los investigadores resumieron sus hallazgos en un estudio publicado hoy en Nature Chemistry. El equipo de investigación fue dirigido por Claudia Turro, profesora de química y directora del Centro de Dinámica Química y Biofísica de la Universidad Estatal de Ohio.


Whittemore, T.J., Xue, C., Huang, J. et al. Single-chromophore single-molecule photocatalyst for the production of dihydrogen using low-energy light. Nat. Chem. 12, 180–185 (2020). https://doi.org/10.1038/s41557-019-0397-4. ARTICULO


“La idea es que podemos usar los fotones del sol y transformarlos en hidrógeno. En pocas palabras, estamos ahorrando la energía de la luz solar y almacenándola en enlaces químicos para que pueda ser utilizada más adelante”, dijo Turro. Los fotones son partículas elementales de la luz solar que contienen energía.

Los investigadores demostraron, por primera vez, que es posible recoger la energía de todo el espectro visible de la luz solar -incluyendo el infrarrojo de baja energía, una parte del espectro solar que anteriormente había sido difícil de recoger- y transformarla, rápida y eficientemente, en hidrógeno. El hidrógeno es un combustible limpio, lo que significa que no produce carbono o dióxido de carbono como subproducto de su uso.

Convertir la energía del sol en, digamos, combustible para un coche, primero requiere un mecanismo para recoger la energía. Esa energía entonces tiene que ser convertida en combustible. La conversión requiere algo llamado catalizador, una cosa que acelera una reacción química, permitiendo la conversión de energía solar en energía utilizable como el hidrógeno.

La mayoría de los intentos anteriores de recoger la energía solar y convertirla en hidrógeno se han centrado en las longitudes de onda de mayor energía de la luz solar – rayos ultravioleta, por ejemplo. Los intentos anteriores también se han basado en catalizadores construidos a partir de dos o más moléculas, que intercambian electrones – energía – a medida que producen combustible a partir de la energía solar. Pero la energía se pierde en el intercambio, haciendo que esos sistemas multimoleculares sean menos eficientes. Los pocos intentos que dependían de un catalizador de una sola molécula también eran ineficientes, dijo Turro, en parte porque no recogían energía de todo el espectro visible de la luz solar, y en parte porque los propios catalizadores se degradaban rápidamente.

El equipo de investigación de Turro descubrió cómo hacer un catalizador a partir de una sola molécula – una forma del elemento rodio – lo que significa que se pierde menos energía, dijo. Y descubrieron cómo recoger energía desde el infrarrojo hasta el ultravioleta – todo el espectro visible. El sistema que este equipo de investigación diseñó es casi 25 veces más eficiente con luz cercana al infrarrojo de baja energía que los sistemas anteriores de una sola molécula que operan con fotones ultravioleta, según el estudio.


Fuente: Ohio State University

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