Investigadores del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) Energía han logrado sintetizar y caracterizar un nuevo material fotocatalizador, al que han denominado IEF-11, capaz de producir grandes cantidades de hidrógeno para la generación de combustibles solares con los mayores rendimientos globales observados hasta el momento.
El material, denominado IEF-11, es una nueva red metal-orgánica (MOF, del inglés Metal-Organic Frameworks) a base de titanio con propiedades semiconductoras cruciales para llevar a cabo la transformación energética de la forma más eficientemente posible.
Típicamente los combustibles solares más empleados están basados en hidrógeno, obtenido a partir del agua, y compuestos orgánicos de bajo peso molecular a partir de CO2, como el etanol. Ambas pueden considerarse fuentes prácticamente inagotables de portadores energéticos y han mostrado su aplicación más explotada en el campo del transporte y en la obtención de calor y electricidad.
Además, empleando CO2 como fuente se reincide en una economía circular, donde el gas responsable del efecto invernadero, producido en la quema de combustibles fósiles, es reutilizado para convertirse en un combustible verde, lo cual presenta un enorme potencial para mitigar el problema del cambio climático.
Una solución para producir hidrógeno a gran escala
La fotocatálisis, reacción fotoquímica que convierte la energía solar en energía química en la superficie de un catalizador, aparece como una vía prometedora para producir H2 sólo a partir del agua. En este contexto, el Instituto IMDEA Energía ha logrado sintetizar y caracterizar el nuevo material fotocatalizador al que han llamado IEF-11 y es capaz de producir cantidades récord de hidrógeno para la generación de combustibles solares.
Además, en comparación con otros materiales similares, este no requiere de la presencia de otros catalizadores ni la adición de otros compuestos para favorecer la reacción.
Otro aspecto destacable es su estabilidad térmica y reciclabilidad, ya que durante estos procesos el fotocatalizador puede verse dañado, disminuyendo la producción de hidrógeno tras varios ciclos consecutivos. Sin embargo, el IEF-11 ha mostrado ser estable hasta 300 ºC sin perder eficiencia incluso tras 10 ciclos de fotocatálisis, manteniendo su integridad y una excelente absorción de la radiación solar.
Estable y versátil
El material se preparó calentando una mezcla de precursores dispersos en un disolvente en un reactor cerrado utilizando un método de síntesis combinatoria. Debido a su naturaleza nanométrica, solo fue posible resolver su estructura cristalina mediante una combinación de técnicas no convencionales; concretamente, la técnica de difracción de electrones tridimensional (3DED) y la difracción de rayos X en polvo, utilizando radiación sincrotrón. Además, se ha demostrado su extraordinaria estabilidad estructural y química en una amplia variedad de condiciones agresivas (pH, disolventes orgánicos e irradiación).
De esta forma, las excelentes propiedades observadas lo convierten en un candidato idóneo para la producción de hidrógeno a gran escala. Su potencial aplicación estaría destinada por ejemplo a su deposición sobre paneles solares sumergidos en tanques de agua, conectados al dispositivo de almacenamiento de hidrógeno. La absorción del material en el rango del espectro visible de la luz solar permitiría abaratar considerablemente los costes de funcionamiento, al no ser necesario operar con vidrios de cuarzo transparentes a toda la radiación.
Teniendo asimismo en cuenta la versatilidad del diseño del material IEF-11, este podría servir como estructura modelo para el desarrollo de una serie de Ti-MOFs y para la obtención de una nueva generación de eficientes fotocatalizadores solares.