Un nuevo nanomaterial eficiente genera hidrógeno del agua de mar

Es posible producir hidrógeno para alimentar las células de combustible mediante la extracción del gas del agua de mar, pero la electricidad necesaria para hacerlo hace que el proceso sea costoso.

El investigador de la Universidad de Central Florida (UCF) Yang Yang ha llegado con un nuevo nanomaterial híbrido que aprovecha la energía solar y la utiliza para generar hidrógeno a partir del agua de mar de manera más barata y eficiente que los materiales actuales.

El avance podría algún día conducir a una nueva fuente de combustible de combustión limpia.

Yang, profesor asistente en el Centro de Tecnología NanoScience de la Universidad Central de Florida y el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, ha estado trabajando en la división del hidrógeno solar durante casi 10 años.

Se hace usando un fotocatalizador, un material que estimula una reacción química usando energía de la luz. Cuando comenzó su investigación, Yang se centró en el uso de la energía solar para extraer el hidrógeno del agua purificada. Es una tarea mucho más difícil con el agua de mar; los fotocatalizadores necesarios no son suficientemente duraderos para manejar su biomasa y sal corrosiva.

Según lo informado en la revista Energy & Environmental Science, Yang y su equipo de investigación han desarrollado un nuevo catalizador que no sólo puede cosechar un espectro mucho más amplio de luz que otros materiales, sino también resistir las duras condiciones que se encuentran en el agua de mar.

“Hemos abierto una nueva ventana para dividir el agua real, no sólo el agua purificada en un laboratorio”, dijo Yang. “Esto realmente funciona bien en el agua de mar”.

Yang desarrolló un método para fabricar un fotocatalizador compuesto por un material híbrido. Minúsculas nanocavidades fueron grabadas químicamente sobre la superficie de una película ultrafinita de dióxido de titanio, el fotocatalizador más común. Aquellas indentaciones de nanocavidad fueron recubiertas con nanoescamas de disulfuro de molibdeno, un material bidimensional con el espesor de un solo átomo.

Los catalizadores típicos son capaces de convertir sólo un ancho de banda limitado de luz a energía. Con su nuevo material, el equipo de Yang es capaz de aumentar significativamente el ancho de banda de luz que se puede cosechar. Al controlar la densidad de la vacante de azufre dentro de las nanoescamas, pueden producir energía desde las longitudes de onda de la luz ultravioleta-visible hasta la infrarroja cercana, haciéndola al menos dos veces más eficiente que los fotocatalizadores actuales.

“Podemos absorber mucha más energía solar de la luz que el material convencional”, dijo Yang.

En muchas situaciones, la producción de un combustible químico a partir de energía solar es una mejor solución que la producción de electricidad a partir de paneles solares, dijo. Esa electricidad debe ser utilizada o almacenada en las baterías, que se degradan, mientras que el gas del hidrógeno se almacena fácilmente y se transporta.

Fabricar el catalizador es relativamente fácil y barato. El equipo de Yang continúa su investigación centrándose en la mejor manera de ampliar la fabricación y mejorar aún más su rendimiento para que sea posible separar el hidrógeno de las aguas residuales.