01/03/2017

Desenvolupen nanomaterials tridimensionals amb excel·lents propietats per generar energia

Actualment es treballa intensament en la recerca de nous materials en un intent d’explotar fonts d’energia renovables, virtualment inexhauribles. El treball que ara es publica treu a la llum nous nanomaterials tridimensionals amb propietats fotoelectroquímiques per a la generació d’energia. L’estudi és fruit d’una col·laboració del grup MINOS (Microsistemes i Nanotecnologies per a l’Anàlisi Química) de la URV i la Universitat Tecnològica de Brno (República Txeca) i s’ha publicat a la revista Nano Energy

Eduard Llobet, director del grup MINOS (Microsistemes i Nanotecnologies per l'Anàlisi Química).

Desenvolupar nous materials per explotar fonts d’energia renovables és una de les línies de recerca en què els investigadors de diferents camps treballen intensament. La descomposició fotoelectroquímica de l’aigua s’està desenvolupant ràpidament i representa una bona aproximació per transformar energia solar en hidrogen, una font d’energia neta que es pot emmagatzemar. En aquest sentit, s’ha investigat l’òxid de tungstè com a material per a la generació fotoelectroquímica d’hidrogen, és a dir, mitjançant una reacció electroquímica induïda per un efecte fotoelèctric. En aquests dispositius pràctics —que ofereixen un rendiment prou bo per poder-los utilitzar en la generació d’hidrogen de manera efectiva— , la superfície del material semiconductor nanoestructurat absorbeix l’energia solar i actua com a elèctrode per a l’electròlisi de l’aigua, la seva descomposició en oxigen i hidrogen. Malgrat tot, amb una capacitat d’absorbir el 12% de l’espectre solar i amb un límit teòric relativament baix pel fotocorrent generat sota il·luminació solar, el material sembla lluny d’oferir les prestacions necessàries per a una aplicació pràctica.

Les imatges obtingudes mitjançant microscopi electrònic de rastreig mostren dues agrupacions de nanocolumnes d’òxid de tungstè amb diferents radi i alçada (70/700 nm), esquerra) i (13/130 nm), dreta. Les nanocolumnes grans són més efectives en la separació fotoelectroquímica de l’aigua, ja que les càrregues fotogenerades no es recombinen ràpidament com passa en les columnes petites.

En el treball ara publicat s’han desenvolupat agrupacions autoorganitzades de columnes d’òxid de tungstè mitjançant la tècnica d’anodització —un tractament de protecció que s’aplica als metalls a través de la qual es crea una capa d’òxid superficial més gran que la que es formaria naturalment—  assistida per alúmina porosa anòdica, un òxid d’alumini preparat per mitjans electroquímics. Emprant diferents condicions d’anodització, s’han obtingut diferents nanoestructures en forma de columnes (amb diferents diàmetres i alçades).  Variant les condicions del tractament posterior —tractaments tèrmics a 500-550°C en buit o aire—, juntament amb la dissolució selectiva de l’alúmina porosa anòdica, ha permès controlar la composició de les nanocolumnes d’òxid de tungstè, la seva estructura cristal·lina i les propietats elèctriques. En particular, les estructures de diàmetre més gran tractades en aire mostren un comportament excel·lent en la descomposició fotoelectroquímica de l’aigua: un baix potencial d’inici, un elevat fotocorrent generat i l’absència de signes de fotocorrosió. Aquests resultats tan prometedors són susceptibles de millorar, si s’utilitzen columnes més altes i més densament agrupades, de manera que es pugui augmentar l’eficiència en la captació de radiació solar i en la separació de les càrregues generades.

Amb aquesta recerca, doncs, s’han creat nous nanomaterials les característiques dels quals permeten la descomposició fotoelectoquímica de l’aigua i faciliten la generació d’hidrogen. Per tant, aquesta tècnica utilitza una forma d’energia renovable, virtualment inexhaurible que no produeix gasos responsables de l’efecte hivernacle.

L’estudi és fruit d’una col·laboració del grup MINOS Microsistemes i Nanotecnologies per l’Anàlisi Química (MINOS) de la URV —un dels grups que integren el Centre de Recerca EMaS—, dirigit pel professor Eduard Llobet amb el grup del doctor Alexander Mozalev, de la Universitat Tecnològica de Brno (República Txeca) i s’ha publicat a la revista Nano Energy, d’alt impacte en els camps dels materials, la nanociència i la nanotecnologia.

Referència bibliogràfica: Maria Bendova, Francesc Gispert-Guirado, Achim Walter Hassel, Eduard Llobet, Alexander Mozalev, Solar water splitting on porous-alumina-assisted TiO2-doped WOx nanorod photoanodes: Paradoxes and challenges, Nano Energy 33 (2017) 72–87, http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.01.029


Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.

*