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Estudiantes desarrollan catalizador que utiliza Luz de LEDs para la producción de Hidrógeno Verde. La tecnología utiliza materiales de bajo costo.
Estudiantes desarrollaron un nuevo catalizador producido solo con materiales de bajo costo y disponibles comercialmente, utilizando solo el poder de la luz de LEDs para transformar amoníaco en hidrógeno verde, el combustible limpio del futuro. Esta es la segunda innovación en el sector en pocos meses, sin embargo, el trabajo de Yigao Yuan y colegas de la Universidad Rice, en EE. UU., es la más cercana al uso comercial que la producción de hidrógeno a través de la separación fotocatalítica del agua, presentada recientemente por un equipo de estudiantes de la Universidad de Viena, en Austria.
Pruebas comprueban eficiencia 500 veces mayor con uso de LEDs
Yuan y otros estudiantes desarrollaron un fotocatalizador producido con cobre y hierro, sustituyendo el caro rutenio, un metal noble del grupo de la platina. Tras probar el funcionamiento de la fotocatálisis en laboratorio, utilizando láseres, el equipo logró repetir el hecho utilizando reactores iluminados por LEDs, que ya están siendo vendidos en el mercado.
Las pruebas realizadas por los estudiantes muestran que los catalizadores lograron mantener su eficiencia bajo iluminación de LEDs y en una escala 500 veces superior en relación a la configuración del laboratorio. Según Naomi Halas, profesora y coordinadora del equipo, metales de transición, como es el caso del hierro, son generalmente termocatalizadores malos, de esta forma, este estudio con hidrógeno verde muestra que los mismos pueden ser fotocatalizadores plasmónicos eficientes y también demuestra que la fotocatálisis puede ser realizada de forma eficiente con fuentes de fotones LED de bajo costo.
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Los mejores termocatalizadores se generan a través de platino y metales preciosos del mismo grupo como paladio, rutenio y rodio. Sin embargo, los estudiantes han centrado, durante algunos años, su atención en nanopartículas metálicas activadas por la luz, o nanopartículas plasmónicas. Este nombre se debe a los plásmons de superficie, una especie de electricidad generada por luz en la superficie de los metales.
Sustitución de metales preciosos por metales comunes
A pesar de que los mejores fotocatalizadores plasmónicos también se hacen con metales raros, como el oro y la plata, el equipo había descubierto que nanopartículas plasmónicas emiten electrones de corta duración y alta energía, que reciben el nombre de portadores calientes, lo que llevó a generar partículas híbridas, uniendo las nanopartículas plasmónicas con nanopartículas catalíticas, generando lo que los estudiantes llaman reactores-antena, teniendo en cuenta que las partículas capturan la luz de los LEDs como si fueran una antena, y utilizan su energía para generar reacciones químicas con altísima precisión.
Ahora, el equipo logró sustituir los catalizadores de metales raros por metales más baratos, construyendo reactores-antena con partículas de cobre y hierro, demostrando que los mismos son altamente eficientes en la producción de hidrógeno verde a partir del amoníaco, un compuesto químico altamente disponible y utilizado por la industria química.
Generación de Hidrógeno Verde descentralizada
El gran paso para transformar este descubrimiento de una curiosidad de laboratorio en una aplicación práctica vino cuando los resultados se repitieron en reactores comunes, iluminados por LEDs. Según Naomi, este es el primer relato capaz de mostrar que la fotocatálisis con LEDs puede generar cantidades en escala de gramo de gas hidrógeno a través del amoníaco, pudiendo abrir puertas para sustituir por completo los metales preciosos en la fotocatálisis plasmónica.
A pesar de que el equipo está entusiasmado en que será posible escalar la tecnología, de gramos a toneladas, el concepto ya es interesante para generación descentralizada de hidrógeno combustible, utilizando reactores de bajo costo y pequeños.
Según el miembro del equipo, profesor Peter Nordlander, este descubrimiento abre camino para el hidrógeno sostenible y de bajo costo que puede ser fabricado localmente, en lugar de en grandes plantas centralizadas.
Fuente: Artículo: Earth-abundant photocatalyst for H2 generation from NH3 with light-emitting diode illumination
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