Investigadores de la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) en Múnich (Alemania) han desarrollado nuevas nanoestructuras de alto rendimiento para obtener hidrógeno mediante el uso de energía solar. La investigación, liderada por Emiliano Cortés, catedrático de Física Experimental y Conversión de Energía de la LMU, ostenta el récord mundial de producción de hidrógeno mediante energía solar.
La investigación ‘Plasmonic Bimetallic Two-Dimensional Supercrystals for H2 Generation’ se ha publicado en la revista Nature Catalysis, donde los investigadores presentan un cristal bidimensional que produce hidrógeno a partir de ácido fórmico utilizando la luz solar.
Para ello, se utilizan dos metales diferentes en formato nanométrico. En primer lugar, los investigadores producen partículas en el rango de 10-200 nanómetros a partir de oro. 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 velocidad de un lado a otro de la nanopartícula. Se crea así una especie de ‘mini imán’. 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 manera muy eficiente y genera fuertes campos eléctricos locales, los llamados puntos calientes (hotspots en inglés), que se forman entre las partículas de oro, lo que dio a los investigadores la idea de colocar nanopartículas de platino, un material que absorbe mal la luz solar, en estos espacios intermedios.
De esta manera, en los puntos calientes se puede activar una reacción química para convertir ácido fórmico en hidrógeno.
Procesos industriales más sostenibles
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 el récord mundial de producción de hidrógeno con luz solar.
Actualmente, el hidrógeno se produce principalmente a partir de combustibles fósiles, como el gas natural. Para crear una producción más sostenible, equipos de investigación de todo el mundo están trabajando en tecnologías que utilizan materias primas alternativas, como ácido fórmico, amoníaco y agua. La atención se centra también en el desarrollo de reactores fotocatalíticos adecuados para aplicaciones industriales.
Por tanto, la combinación de metales plasmónicos y catalíticos que proponen los investigadores supone una nueva forma de utilizar la energía solar para otras reacciones, como la conversión de CO2 en sustancias aprovechables.