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Desarrollo de fotocatalizadores híbridos para la producción de hidrógeno

La producción fotocatalítica de hidrógeno (H2) a partir de la división del agua representa una de las estrategias más prometedoras y desafiantes para resolver la demanda mundial de energía y los problemas ambientales asociados con el uso de combustibles fósiles. En este escenario, la Comisión Europea a través del Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética (SET-Plan) impulsa acelerar el desarrollo y despliegue de tecnologías bajas en carbono, así como, desarrollar tecnologías de energía limpia y reducir costos mediante la coordinación de los esfuerzos nacionales de investigación ayudando a financiar proyectos. Además, el descubrimiento de nuevos materiales debería facilitar la aparición de nuevas tecnologías, así como el progreso de las ya conocidas. De hecho, en la Hoja de ruta de materiales del Plan SET, un área de enfoque está dedicada a las soluciones de materiales novedosos o la combinación novedosa de materiales conocidos que surjan más allá de 2020.

En este sentido, para la Unidad de Procesos Fotoactivados de Fundación IMDEA Energía, la búsqueda de un sistema fotocatalizador novedoso y más eficiente más allá de los semiconductores formados por óxidos metálicos es uno de los pilares más importantes en su plan de investigación científica.

En un artículo reciente* en colaboración con ICMM-CSIC, describimos nuevos sistemas de fotocatalizadores híbridos compuestos por TiO2 y un par de polímeros porosos basados en moléculas de Truxeno (TxPP) que exhibieron una actividad fotocatalítica mejorada en comparación con los productos de partida TiO2 y TxPP. En presencia de platino (1% en peso) como cocatalizador, la velocidad de evolución de hidrógeno (HER) del híbrido TxPP1@TiO2 aumenta significativamente, alcanzando valores superiores a 21000 μmol g−1 h−1, que, según nuestro conocimiento, representa el más alto HER en híbridos basados en TiO2 y polímeros porosos conjugados. Curiosamente, pequeñas diferencias estructurales de los correspondientes monómeros de truxeno dan como resultado un comportamiento fotocatalítico diferente. Nos centramos aquí en obtener información sobre el mecanismo de transferencia de carga y racionalizar los diferentes rendimientos fotocatalíticos para establecer relaciones claras entre la estructura y la actividad. De hecho, el uso de espectroscopías de fotoluminiscencia y absorción transitoria demostraron que la actividad fotocatalítica notablemente mejorada de los híbridos más activos (TxPP1@TiO2) se puede atribuir a la separación eficiente de los pares electrones-hueco fotogenerados por un mecanismo de transferencia de carga en esquema Z directo, mientras que el rendimiento más bajo de TxPP2@TiO2 probablemente se deba a un mecanismo de transferencia de carga de heterounión de tipo II menos eficiente.

(*) Valverde-González, A.; López Calixto, C. G.; Barawi, M.; Gomez-Mendoza, M.; de la Peña O’Shea, V. A.; Liras, M.; Gómez-Lor, B.; Iglesias, M. Understanding Charge Transfer Mechanism on Effective Truxene-Based Porous Polymers–TiO2 Hybrid Photocatalysts for Hydrogen Evolution. ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 4411–4420. https://doi.org/10.1021/acsaem.0c00118

Más información: Marta Liras, Investigadora Titular de la Unidad de Procesos Fotoactivados marta.liras@imdea.org

Fecha: 
Viernes, Junio 19, 2020