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(Noticias de Nanowerk) Los investigadores de Tokyo Tech han optimizado por primera vez un fotocatalizador sensibilizado por colorante que permite la actividad de división de agua solar más eficiente (para catalizadores similares) hasta la fecha. Su catalizador de nanoláminas sensibilizadas con colorantes y modificadas en la superficie muestra un inmenso potencial, ya que puede suprimir la transferencia de electrones hacia atrás no deseada y mejorar la actividad de división del agua en 100 veces.
Separación del agua con nanoláminas de niobato sensibilizadas con tinte modificadas en la superficie La modificación de la superficie con un aislante y un polímero aniónico mejoró la actividad de separación del agua 100 veces.
![Separación de agua con nanoláminas de niobato sensibilizadas con colorante modificadas en la superficie](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61320_1.jpg)
Una de las formas más fáciles de dividir las moléculas de agua en hidrógeno es usando fotocatalizadores. Estos materiales, que son semiconductores capaces de absorber luz mientras realizan reacciones de división del agua, proporcionan un diseño simple para la producción masiva de hidrógeno. Los semiconductores pueden generar un par electrón-hueco para la reacción de división del agua; Sin embargo, dado que los portadores de carga tienden a recombinarse, se desarrolló un sistema fotocatalítico de «esquema Z», que comprende dos materiales semiconductores y un mediador de electrones para suprimir esto.
En esta configuración, el mediador de electrones, que suele ser un par reversible aceptor/donador de electrones (como I3–/YO–), acepta electrones de uno de los fotocatalizadores y los dona al otro. Esto separa los portadores de carga entre los semiconductores. Aunque la recombinación de carga se elimina dentro del semiconductor, la especie aceptora de electrones (I3-) compite con el fotocatalizador de hidrógeno por los electrones, lo que resulta en una pobre eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno.
Para mejorar la producción de hidrógeno, un equipo de investigadores internacionales, incluido el profesor asistente especialmente designado Shunta Nishioka y el profesor Kazuhiko Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), han estado trabajando en formas de prevenir la transferencia de electrones no deseada. En experimentos con fotocatalizadores de niobato de rutenio (Ru) sensibilizados con tinte (Ru/Pt/HCa2Nótese bien3O10) los investigadores encontraron que la producción de hidrógeno aumenta significativamente a baja I3– concentraciones
Estos resultados les llevaron a desarrollar un sistema eficaz de división del agua que consiste en un fotocatalizador para la evolución del oxígeno y una nanolámina de niobato sensibilizada con colorante Ru modificada, que actúa como un fotocatalizador superior para la evolución del hidrógeno. «Hemos mejorado con éxito la eficiencia de un sistema general de división de agua de esquema Z mediante el uso de un fotocatalizador de nanoláminas sensibilizado con tinte y modificado en la superficie», dice el profesor Maeda.
Los resultados de su estudio fueron publicados en la revista avances científicos («Nanoláminas de niobato sensibilizadas con tinte y modificadas en la superficie que permiten un esquema Z eficiente alimentado por energía solar para la división general del agua»).
para preservar el yo3– Concentración en el sistema de reacción baja, un PtOX/H-Cs-WO3 Se utiliza un fotocatalizador como catalizador de evolución de oxígeno. Simultáneamente Al2O3 y se agrega poli (sulfonato de estireno) (PSS) para suprimir la transferencia de electrones desde el semiconductor al complejo de Ru oxidado y el I3– Ion resp. Este diseño permite que más electrones participen en la reacción de evolución del hidrógeno, lo que resulta en el sistema de división de agua de esquema Z más eficiente hasta la fecha (Figura 1).
«La modificación de la superficie del fotocatalizador de nanoláminas sensibilizadas con tinte mejoró la actividad de división del agua solar en casi 100 veces, haciéndolo comparable a los sistemas de fotocatalizadores basados en semiconductores convencionales», dice el profesor Maeda.
![El sistema de separación de agua Z-scheme desarrollado](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61320_2.jpg)
Con la supresión de la transferencia de retroelectrones, el fotocatalizador desarrollado podría sostener la producción de hidrógeno incluso con bajos niveles de luz, lo que le da una ventaja sobre otros fotocatalizadores que requieren altas intensidades de luz.
Además, al minimizar el impacto de las reacciones de transferencia de retroelectrones, los investigadores no solo han establecido un nuevo punto de referencia para los fotocatalizadores sensibilizados con colorantes para la división del agua en el esquema Z, sino que también han proporcionado el marco para mejorar otros sistemas sensibilizados con colorantes utilizados para otras reacciones importantes como como CO2 reducción.
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