TECNOLOGÍAS: Ingeniería y tecnología eléctricas

Nuevos nanomateriales 3D para generar energía

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Investigadores de las universidades Rovira i Virgili, en Tarragona, y la Tecnológica de Brno, en la República Checa, han creado materiales tridimensionales a escala nanométrica con buenas propiedades fotoelectroquímicas para producir energía. El avance se centra en la descomposición fotoelectroquímica del agua para generar hidrógeno con la ayuda de óxidos de tungsteno, titanio y aluminio.

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SINC | | 02 marzo 2017 10:14

<p>Dos agrupaciones de nanocolumnas de óxido de tungsteno con diferentes radio y altura (70/700 nm a la izquierda y 13/130 nm a la derecha). Las nanocolumnas grandes son más efectivas en la separación fotoelectroquímica del agua, ya que las cargas fotogeneradas no se recombinen rápidamente como pasa en las pequeñas. / URV</p>

Dos agrupaciones de nanocolumnas de óxido de tungsteno con diferentes radio y altura (70/700 nm a la izquierda y 13/130 nm a la derecha). Las nanocolumnas grandes son más efectivas en la separación fotoelectroquímica del agua, ya que las cargas fotogeneradas no se recombinen rápidamente como pasa en las pequeñas. / URV

Actualmente se trabaja intensamente en la creación de nuevos materiales para explotar fuentes de energía renovables, virtualmente inagotables. La descomposición fotoelectroquímica del agua se está desarrollando rápidamente y representa una buena aproximación para transformar energía solar en hidrógeno, una fuente de energía limpia que se puede almacenar. En este sentido, se ha investigado el óxido de tungsteno (WOx, también conocido como óxido de wolframio) como material para la generación fotoelectroquímica de hidrógeno, es decir, mediante una reacción electroquímica inducida por un efecto fotoeléctrico.

Se han creado nuevos nanomateriales con características que permiten la descomposición fotoelectoquímica del agua y facilitan la generación de hidrógeno

En estos dispositivos, que ofrecen un rendimiento suficiente bueno para poderlos utilizar en la generación de hidrógeno de manera efectiva, la superficie del material semiconductor nanoestructurado absorbe la energía solar y actúa como electrodo para la electrólisis del agua, su descomposición en oxígeno e hidrógeno. A pesar de todo, con una capacidad de absorber el 12% del espectro solar y con un límite teórico relativamente bajo por la fotocorriente generada bajo iluminación solar, el material parece lejos de ofrecer las prestaciones necesarias para una aplicación práctica.

En este marco, investigadores del grupo Microsistemas y Nanotecnologías para el Análisis Químico (MINOS) de la Universidad Rovira i Virgili (URV) y la Universidad Tecnológica de Brno, en la República Checa, sacan a la luz nuevos nanomateriales tridimensionales con propiedades fotoelectroquímicas para la generación de energía. Los resultados se publican en la revista Nano Energy.

En el estudio se han desarrollado agrupaciones autoorganizadas de columnas de óxido de tungsteno mediante la técnica de anodización (un tratamiento de protección que se aplica a los metales a través de la cual se crea una capa de óxido superficial más grande que la que se formaría naturalmente) asistida por óxido de titanio y alúmina porosa anódica, un óxido de aluminio preparado por medios electroquímicos.

Empleando diferentes condiciones de anodización, se han obtenido diferentes nanoestructuras en forma de columnas (con diferentes diámetros y alturas). Variando las condiciones del tratamiento posterior, a 500-550°C en vacío o aire, junto con la disolución selectiva de la alúmina porosa anódica, ha permitido controlar la composición de las nanocolumnas de óxido de tungsteno, su estructura cristalina y las propiedades eléctricas.

Un comportamiento excelente en las nanoestructuras más grandes

En particular, las estructuras de diámetro más grande tratadas en aire muestran un comportamiento excelente en la descomposición fotoelectroquímica del agua: un bajo potencial de inicio, una elevada fotocorriente generada y la ausencia de signos de fotocorrosión.

Estos resultados tan prometedores son susceptibles de mejorar, si se utilizan columnas más altas y más densamente agrupadas, de forma que se pueda aumentar la eficiencia en la captación de radiación solar y en la separación de las cargas generadas.

Con esta investigación, pues, se han creado nuevos nanomateriales las características de los cuales permiten la descomposición fotoelectoquímica del agua y facilitan la generación de hidrógeno. Por lo tanto, esta técnica utiliza una forma de energía renovable, virtualmente inagotable que no produce gases responsables del efecto invernadero.

El estudio es fruto de una colaboración del grupo MINOS (uno de los integrantes del Centro de Investigación EMaS) dirigido por el profesor Eduard Llobet, con el grupo del doctor Alexander Mozalev de la Universidad Tecnológica de Brno (República Checa).

Referencia bibliográfica:

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

Zona geográfica: Cataluña
Fuente: URV

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