Emiliano Cortés, catedrático de Física Experimental y Conversión de Energía de la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), en Múnich, Alemania, lidera una investigación centrada en la producción fotocatalítica de hidrógeno a través de nanoestructuras plasmónicas que pueden utilizarse para concentrar la energía solar.
En “Plasmonic Bimetallic Two-Dimensional Supercrystals for H2 Generation”, publicado recientemente en la revista Nature Catalysis, Cortés, junto con Matías Herrán, del Instituto Fritz Haber de Berlín, y socios colaboradores de la Universidad Libre de Berlín y la Universidad de Hamburgo, presenta un supercristal bidimensional que produce hidrógeno a partir de ácido fórmico utilizando la luz solar.
“El material es tan excepcional que ostenta el récord mundial de producción de hidrógeno mediante luz solar”, subraya Cortés.
Cortés y Herrán utilizan dos metales diferentes en formato nanométrico para su supercristal, ya patentado. “Primero producimos partículas en el rango de 10-200 nanómetros a partir de un metal plasmónico; en nuestro caso, oro”, explica Herrán.
Cómo funciona esta nueva producción fotocatalítica de hidrógeno
La luz visible interactúa muy fuertemente con los electrones del metal y los hace vibrar de forma resonante, de manera que los electrones se mueven colectivamente con gran rapidez de un lado a otro de la nanopartícula. Se crea así una especie de miniimán. Los expertos hablan de un momento dipolar.
Como resultado, las nanopartículas captan más luz solar y la convierten en electrones de muy alta energía. Estos, a su vez, ayudan a impulsar las reacciones químicas.
“La disposición de las nanopartículas de oro enfoca la luz incidente de forma extremadamente eficiente y genera fuertes campos eléctricos locales, los llamados hotspots, que se forman entre las partículas de oro”, explica Herrán.
Cortés y Herrán colocaron nanopartículas de platino en los huecos, un material absorbe mal la luz solar. “En los puntos calientes, sin embargo, podemos forzarlo para que aumente la absorción, que de otro modo sería escasa, e impulse reacciones químicas con la energía de la luz. En nuestro caso, se trata de la conversión de ácido fórmico en hidrógeno”, explica Herrán.
Con una tasa de producción de hidrógeno a partir de ácido fórmico de 139 milimoles por hora y por gramo de catalizador, el material fotocatalítico ostenta actualmente el récord mundial de producción de H2 con luz solar.
“Las soluciones materiales inteligentes como la nuestra son un componente importante para el éxito de la tecnología”, afirman los dos investigadores. “Combinando metales plasmónicos y catalíticos, estamos avanzando en el desarrollo de potentes fotocatalizadores para la industria.
Es una nueva forma de utilizar la luz solar y una forma que ofrece potencial para otras reacciones, como la conversión de CO2 en sustancias aprovechables”, concluyen Cortés y Herrán.
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