Nuevo material con las propiedades para obtener combustibles del agua

Una nueva clase de materiales, las perovskitas dobles de haluro, pueden tener las propiedades correctas para dividir el agua, y producir combustible a partir del hidrógeno y el oxígeno

La energía solar es limpia y abundante. Pero cuando el sol no está brillando, debe almacenar la energía en baterías o mediante un proceso llamado fotocatálisis, en el que la energía solar se utiliza para fabricar combustibles.

En la división del agua fotocatalítica, la luz del sol separa el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno y el oxígeno pueden recombinarse en una pila de combustible para liberar energía. En un nuevo esfuerzo, publicado en Applied Physics Letters, se identifica un material candidato a realizar esta misma labor.

"Si podemos encontrar un material que pueda ser útil como foto catalizador de división de agua, entonces sería un gran avance", dijo Feliciano Giustino, coautor del artículo.

Los investigadores han experimentado con muchos materiales fotocatalíticos antes, como el dióxido de titanio (TiO2). Si bien el TiO2 puede aprovechar la luz solar para dividir el agua, es ineficiente porque no absorbe bien la luz visible. Hasta ahora, no se ha comercializado ningún material fotocatalítico para la división general del agua.

Utilizando supercomputadoras para calcular los estados de energía cuántica de cuatro perovskitas dobles de haluro, George Volonakis y Giustino, ambos de la Universidad de Oxford, descubrieron que Cs2BiAgCl6 y Cs2BiAgBr6 son materiales fotocatalíticos prometedores porque absorben la luz visible mucho mejor que el TiO2. También generan electrones y agujeros (los positivamente cargan la ausencia de electrones) que tienen suficiente energía (o energías casi ideales) para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.

Muy pocos otros materiales tienen todas estas características a la vez, dijo Giustino. "No podemos decir que esto funcionará con seguridad, pero estos compuestos parecen tener todas las propiedades correctas".

Giustino y su equipo descubrieron originalmente este tipo de perovskita mientras buscaban materiales para fabricar células solares. En los últimos años, las perovskitas han despertado interés como materiales para aumentar la eficiencia de las células solares basadas en silicio a través de diseños en tándem que integran una celda de perovskita directamente en una celda de silicio de alta eficiencia, pero contienen una pequeña cantidad de plomo. Si se usaran para la recolección de energía en una granja solar, el plomo podría representar un riesgo ambiental potencial.

En 2016, utilizando simulaciones por computadora para identificar materiales alternativos, los investigadores encontraron un nuevo tipo de perovskita sin plomo con potencial para células solares de alta eficiencia. El presente documento muestra que estos nuevos materiales también pueden dividir el agua. "Estas nuevas perovskitas dobles no solo son prometedoras como material complementario para las células solares en tándem, sino que también pueden ser prometedoras en áreas como la fotocatálisis", dijo Volonakis.

Aún así, el nuevo análisis es teórico, suponiendo que los compuestos forman cristales perfectos. El próximo paso, dijeron los autores, es que los experimentadores verifiquen si el material funciona en el mundo real como se predijo. Mientras tanto, los investigadores están utilizando sus técnicas computacionales para explorar si estas perovskitas dobles tienen propiedades útiles para otras aplicaciones, como los detectores de luz.