Los químicos de NUS han desarrollado estructuras orgánicas covalentes conjugadas con carbono para la producción catalítica visible de hidrógeno gaseoso a partir del agua.
El gas hidrógeno se está volviendo importante como medio de almacenamiento para aplicaciones de energía sostenible. El uso de la luz solar, una fuente de energía renovable y sostenible para descomponer el agua en gas hidrógeno está atrayendo un interés científico significativo. Sin embargo, esta conversión de agua a gas hidrógeno no ocurre espontáneamente. Requiere un sistema complejo que implique un flujo de electrones libres generados por la fuente de luz que actúa como una corriente eléctrica para dividir la molécula de agua.
El equipo de investigación dirigido por el profesor JIANG Donglin del Departamento de Química, NUS, ha desarrollado una nueva clase de fotocatalizadores que utilizan marcos orgánicos covalentes (COF) conjugados con carbono para la producción de gas hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar. El equipo de investigación construyó un material orgánico pero robusto en el que los bloques de construcción a base de carbono están conectados por enlaces específicos de una manera ordenada topológicamente diseñada.
Esta estructura molecular única parece capas apiladas de redes bidimensionales y es capaz de captar la luz solar de manera eficiente. Los investigadores insertaron nanopartículas de platino como centros de reacción en el COF y bajo irradiación de luz visible (≥ 420 nm), se generó gas hidrógeno a una velocidad constante de 1.360 μmol h-1g-1 durante un período de cinco horas.
El fotocatalizador recientemente desarrollado tiene varios mecanismos moleculares que le permiten producir gas hidrógeno a partir del agua de manera eficiente. Consiste en estructuras de carbono sp2 que se conjugan π con bandgaps de baja energía. Esto permite la absorción de luz del espectro visible al infrarrojo cercano.
Los investigadores también diseñaron la periferia (posición del borde más externo) de la red bidimensional en capas con unidades deficientes en electrones para controlar sintéticamente las propiedades electrónicas y fotoeléctricas del fotocatalizador. Además, como la estructura tiene matrices π columnares densas y ordenadas, estas proporcionan vías para facilitar la migración de excitones (un excitón es un estado unido de un par de electrones) y el transporte de carga.
El profesor Jiang dijo: “Las nanopartículas como el platino pueden cargarse en los poros o en la superficie del fotocatalizador para actuar como centros de reacción. Esto acorta la distancia de transferencia de electrones y promueve la acumulación de electrones, mejorando el rendimiento de conversión“.
“Anticipamos que este trabajo puede ofrecer la base estructural y mecanística para la producción de combustible escalable y sostenible a partir del agua y la luz solar“, agregó el profesor Jiang.
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