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Nuevos avances en el uso de MOFs en fotosíntesis artificial

García-Sánchez A., Gomez-Mendoza M., BarawiI M., Villar-Garcia I., Liras M., Gándara F., de la Peña O’Shea V. A. ”Fundamental insights into photoelectrocatalytic hydrogen production with a hole-transport bismuth metal–organic framework” Journal of the American Chemical Society 2020, 142, 1, 318-326

Debido a la situación actual de aumento de emisiones de gases de efecto invernadero, la búsqueda de fuentes de energía sostenibles como alternativa a los combustibles fósiles es crucial. Para ello, es necesario desarrollar procesos que exploten de forma efectiva las fuentes naturales renovables, siendo la energía solar una de las principales.  En este sentido, los MOFs o Metal Organic Frameworks han surgido como materiales prometedores debido a la posibilidad de elegir apropiadamente sus componentes para la absorción de luz.

Los últimos avances en combustibles solares del grupo de Procesos Fotoactivados de IMDEA Energía fueron publicados recientemente en la prestigiosa revista Journal of the American Chemical Society (JACS) con el título Fundamental Insights into Photoelectrocatalytic Hydrogen Production with a Hole-Transport Bismuth Metal–Organic Framework. En este grupo hemos diseñado y sintetizado un nuevo MOF basado en bismuto y un ligando rico en electrones con capacidad transportadora de huecos. Esta nueva estructura denominada IEF-5 (IMDEA Energy Framework-5) fue aplicada con éxito en la producción de hidrógeno fotoelectroquímica en ausencia de co-catalizadores. Hay solo un ejemplo previo empleando un material con estas características. Las propiedades optoelectronicas del IEF-5 le han llevado a obtener una prometedora producción de hidrógeno a pesar de que se ha probado solo a escala de laboratorio.

Uno de los puntos más reseñables de este trabajo es la profundización en la comprensión de las rutas mecanísticas involucradas en la producción de hidrógeno mediada por luz. Por ello, se combinaron diversas técnicas de caracterización a diferentes escalas de tiempo con cálculos teóricos llegando a elucidar la transferencia de carga involucrada y el papel de esta en el mecanismo de reacción (Figura 1). Se espera que este progreso permita diseñar nuevos materiales que mejoren el rendimiento en la producción de H2 o que se apliquen en otros procesos producidos por la absorción de luz.

Esquema del mecanismo foto(electro)catalítico de producción de H2, donde S0 es el estado fundamental; S1 es el estado excitado singlete; T1 es el estado excitado triplete, A es anión e ISC es cruce entre sistemas.

Fecha: 
Jueves, Abril 2, 2020