Una nueva investigaciónpublicadaen la revista Science, señala que un equipo de investigadores de la Universidad de Rice han creado un nanomaterial clave para la economía del hidrógeno que se activa con la luz.
El equipo compuesto por investigadores del Laboratorio de Nanofotónica de Rice, Syzygy Plasmonics Inc. y el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Princeton creó un catalizador escalable utilizando únicamente materias primas de bajo costo, y que solo necesita la energía de la luz para convertir el amoníaco en combustible de hidrógeno.
«Los metales de transición, como el hierro, suelen ser malos termocatalizadores. Este trabajo demuestra que pueden ser fotocatalizadores plasmónicos eficientes. y también que la fotocatálisis puede realizarse eficazmente con fuentes de fotones LED de bajo costo», afirma la coautora del estudio, Naomi Halas.
«Este descubrimiento allana el camino hacia un hidrógeno sostenible y de bajo coste que podría producirse localmente en lugar de en plantas masivas centralizadas», dijo Peter Nordlander, también coautor de Rice.
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Recursos de bajo costo
Los mejores termocatalizadores se fabrican con platino y metales preciosos afines como el paladio, el rodio y el rutenio. Halas y Nordlander llevan años desarrollando nanopartículas metálicas activadas por la luz o plasmónicas. Las mejores también se fabrican con metales preciosos como la plata y el oro.
Tras su descubrimiento en 2011 de las partículas plasmónicas que emiten electrones de corta duración y alta energía denominados «portadores calientes«, descubrieron en 2016 que los generadores de portadores calientes podían casarse con partículas catalíticas para producir «antenas-reactores» híbridos, en los que una parte recogía la energía de la luz, y la otra, la utilizaba para impulsar reacciones químicas con precisión quirúrgica.
Este nuevo estudio es la culminación de ese trabajo, ya que demuestran que las partículas de los reactores de antena hechas de cobre y hierro son muy eficientes para convertir el amoníaco. La pieza de cobre de las partículas, que recoge la energía, capta la energía de la luz visible.
«En ausencia de luz, el catalizador de cobre-hierro presentaba una reactividad 300 veces inferior a la de los de cobre-rutenio, que no es sorprendente, ya que el rutenio es un mejor termocatalizador para esta reacción. Bajo iluminación, el cobre-hierro mostró eficiencias y reactividades similares y comparables a las del cobre-rutenio», explicó Robatjazi, científico jefe de Syzygy Plasmonics.
Syzygy ha obtenido la licencia de la tecnología, y el estudio incluía pruebas a escala del catalizador en los reactores comerciales de la empresa, alimentados por LED. En las pruebas de laboratorio, los catalizadores de cobre y hierro se iluminaron con láseres. Las pruebas demostraron que los catalizadores mantenían su eficacia y a una escala 500 veces mayor que la del laboratorio.
«Este es el primer informe en la literatura científica que demuestra que la fotocatálisis con LEDs puede producir cantidades de hidrógeno gaseoso a escala de gramos a partir de amoníaco. Esto abre la puerta a sustituir por completo los metales preciosos en la fotocatálisis plasmónica»
Naomi Halas, coautora del estudio
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Redacción | Antonio Vilela
