Nanocristales y catalizadores de níquel para mejorar la producción de hidrógeno basada en luz

El hidrógeno es una atractiva fuente de combustible ya que se puede convertir fácilmente en energía eléctrica y no emite gases de efecto invernadero. Un grupo de químicos de la universidad de Rochester se ha sumado a su potencial incrementando la producción y rebajando el coste de los actuales sistemas de producción inducidos por luz.

Una desventaja de los actuales métodos de producción de hidrógeno es la falta de durabilidad, pero los científicos han sido capaces de superar el problema incorporando nanocristales. Las moléculas orgánicas se usan normalmente para capturar la luz en sistemas fotocatalíticos, el problema es que solo duran unas horas o días, si tienes suerte. Los nanocristales siguieron funcionando sin signos de deterioro durante al menos dos semanas.

El equipo de investigación lleva dos décadas trabajando en sistemas de energía solar. Durante ese tiempo, sus sistemas normalmente han generado unas 10.000 instancias de átomos de hidrógeno que se formaron sin tener que reemplazar ningún componente. Con los nanocristales, aseguran haber llegado a 600.000.

Los investigadores lograron superar otras desventajas de los sistemas fotocatalíticos tradicionales, ya que la gente ha usado normalmente catalizadores de platino y otros metales caros, siendo más sostenible usar metales de fácil extracción y acceso, y menos toxicidad, tales como el níquel. Aunque esta tecnología está aún en su etapa inicial, lo que hace imposibles las comparaciones con otros sistemas de producción de energía, hay que señalar que mientras el niquel tiene un coste de ocho dólares por libra, el platino asciende a 24.000 dólares por libra. El proceso desarrollado por dicho equipo de investigaciòn es similar a otros sistemas fotocatalíticos. Necesitan un cromóforo (el material que absorve la luz), un catalizador para combinar protones y electrones y una solución, en este caso es agua. Después se añaden puntos cuánticos (nanocristales) de seleniuro de cadmio (CdSe) como cromóforo. Finalmente se le añade el catalizar de níquel (nitrato de níquel). Los nanocristales se taparon con DHLA (ácido dihidrolipoico) para hacerlos solubles, to make them soluble, y el ácido ascórbico se añade al agua como donador de electrones.

Los fotones de la fuente de luz excitan electrones en los nanocristales y los transfieren al catalizador de níquel. Cuando están disponibles dos electrones, se combinan en el catalizador con protones del agua, formando una molécula de hidrógeno (H₂). Este sistema es tan robusto que continuó produciendo hidrógeno hasta que la fuente de electrones fue eliminada dos semanas después. Uno de los siguientes pasos será observar la naturaleza del nanocristal. Algunos nanocristales tienen núcleo y coraza alrededor. El usado actualmente solo tiene núcleo, así pues se deberá consideraro si trabajaría mejor encapsulado en una coraza.

Via University of Rochester