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Un grupo de investigación dirigido por el profesor Taeghwan Hyeon en el Centro de Investigación de Nanopartículas del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en Seúl, Corea del Sur, ha desarrollado una nueva plataforma fotocatalítica para la producción en masa de hidrógeno.
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El estudio de la plataforma fotocatalítica realizado por el grupo condujo al desarrollo de una matriz fotocatalítica flotante. Esto permite reacciones efectivas de evolución de hidrógeno con claras ventajas sobre las plataformas tradicionales de producción de hidrógeno, como los tipos de láminas o placas.
Recientemente, la importancia de las energías alternativas ha aumentado debido a desafíos globales como el cambio climático y la contaminación. Entre la disponibilidad de numerosos candidatos a fuentes de energía alternativa, la energía de hidrógeno derivada de la fotocatálisis se destaca particularmente por su producción de energía verde sostenible.
En consecuencia, se ha realizado mucha investigación y desarrollo para mejorar la eficiencia de reacción intrínseca de los fotocatalizadores. Un estudio realizado sobre el factor de forma de los sistemas fotocatalíticos es crucial para su aplicación práctica y comercialización y aún debe explorarse activamente.
Los sistemas actualmente disponibles tienen el potencial de fijar polvos catalizadores o nanopartículas en varias superficies, p. B. Plataformas tipo película, tipo hoja de partículas y tipo placa plana que han sido sumergidas bajo el agua.
Tenían problemas prácticos, como B. mala transferencia de masa, lixiviación de catalizadores y reacciones inversas. También requieren dispositivos adicionales para aislar y recolectar el hidrógeno generado del agua, lo que complica el dispositivo y aumenta el costo.
En el Centro de Investigación de Nanopartículas del IBS, el equipo de investigación dirigido por el profesor Hyeon desarrolló una nueva plataforma fotocatalítica que flota en el agua para permitir la producción eficiente de hidrógeno.
Esta nueva plataforma presenta una estructura de dos capas que incluye una capa de soporte inferior y una capa fotocatalítica superior. Ambas capas están hechas de un polímero estructural poroso que le da a la plataforma una alta tensión superficial.
La plataforma se fabricó como un crioaerogel, una sustancia sólida llena de gas de baja densidad. En consecuencia, este hidrogel elastomérico fijado con fotocatalizadores podría flotar en el agua.
Esta plataforma ha demostrado claras ventajas en la reacción de evolución fotocatalítica de hidrógeno: en primer lugar, se evita la extinción de la luz por el agua, lo que da como resultado una conversión eficaz de la energía solar. En segundo lugar, el producto, gas hidrógeno, podría difundirse rápidamente en el aire, evitando reacciones de oxidación inversa y manteniendo un alto rendimiento de reacción.
En tercer lugar, debido a su porosidad, el agua podría enviarse fácilmente a los catalizadores ubicados dentro de la matriz de elastómero-hidrogel. Finalmente, los catalizadores se inmovilizaron en la matriz para una operación a largo plazo sin problemas de lixiviación.
En comparación con la plataforma submarina tradicional, los científicos demostraron experimentalmente el excelente rendimiento de la plataforma flotante en la evolución del hidrógeno. Además, la escalabilidad de la plataforma, necesaria para una posible industrialización, se ilustró bajo la luz natural del sol.
Se demostró que se podrían generar alrededor de 80 ml de hidrógeno a partir de la plataforma fotocatalítica flotante utilizando catalizadores de titania y un solo átomo de cobre con un área de 1 m2. Incluso después de dos semanas de operación en agua de mar, que consiste en varios microorganismos y materia flotante, el rendimiento de la evolución del hidrógeno de la plataforma no se vio afectado.
La plataforma propuesta puede incluso producir hidrógeno a partir de soluciones que disuelven los desechos domésticos, como las botellas de tereftalato de polietileno. En consecuencia, la plataforma puede ser una solución para el reciclaje de residuos, lo que contribuye a una sociedad verde..
Jeong Hyun Kim, Centro de Investigación de Nanopartículas, Instituto de Investigación Básica
Sorprendentemente, este estudio proporciona una plataforma general para la fotocatálisis efectiva que no se limita a la producción de hidrógeno. Es posible reemplazar el componente catalítico para varios usos preferidos sin cambiar las propiedades del material de aerogel flotante de toda la plataforma.
Esto asegura la amplia aplicabilidad de la plataforma a otras reacciones fotocatalíticas, como B. la producción de peróxido de hidrógeno-oxígeno, reacciones evolutivas y la generación de varios compuestos orgánicos.
Este estudio hace grandes avances en el campo de la fotocatálisis y demuestra el potencial de producir hidrógeno verde en el mar con un rendimiento de clase mundial. Las propiedades distintivas de los materiales, el alto rendimiento y la amplia aplicabilidad en el campo de la fotocatálisis de nuestra plataforma sin duda abrirán un nuevo capítulo en energía alternativa..
Taeghwan Hyeon, Profesor, Centro de Investigación de Nanopartículas, Instituto de Investigación Básica
referencia de la revista
Lee, WH y otros. (2023) Nanocompuestos de hidrogel fotocatalíticos flotantes para la producción de hidrógeno solar a gran escala. nanotecnología de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41565-023-01385-4.
Fuente: https://www.ibs.re.kr/eng.do
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