Los nanocristales semiconductores ayudan a producir combustible de hidrógeno

Fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso de convertir la radiación solar en energía verde para producir azúcar, que la respiración celular convierte en ATP por las plantas, bacterias y algunos protistanes verdes usando pigmento de clorofila verde usando agua y liberando oxígeno.
Fotosíntesis artificial
Sistemas de fotosíntesis artificial que aprovechan moléculas absorbentes de luz o cromóforos, típicamente hechos de tintes orgánicos, para dividir fotoquímicamente el agua en hidrógeno y oxígeno mediante semirreacciones con procesos de reducción y oxidación. Pero los tintes que absorben la luz se dañan debido a los rayos del sol y el proceso es ineficiente e inestable.
Investigadores de la Universidad de Rochester, EE. UU. Han generado hidrógeno utilizando nanocristales, luz solar y un catalizador de níquel barato que puede producir combustible continuamente sin desacelerando.
Nanocristales
Los nanocristales tienen menos defectos debido a su tamaño limitado. Los nanocristales tienen muy poco volumen interior y son prácticamente toda la superficie y las impurezas internas pueden migrar fácilmente la corta distancia a la superficie y ser expulsadas por dopaje. El dopaje es la adición de impurezas que contienen electrones para permitir la conductancia eléctrica de forma controlada. Las propiedades físicas de estos cristales están determinadas por la interfaz entre el núcleo y la cáscara.
En el dopaje a nanoescala podría conducir a una variedad de tecnologías, incluidas células solares, diodos emisores de luz, láseres o pantallas, dispositivos electroluminiscentes y dispositivos electrónicos.
El sistema
El sistema fotoquímico de generación de hidrógeno artificial contiene puntos cuánticos de seleniuro de cadmio, catalizadores de sal de níquel y ácido ascórbico. El sistema al trabajar con agua tiene una eficiencia cuántica del 36% por cada 100 fotones absorbidos y produce 36 moléculas de hidrógeno. Para una solución de una mezcla de agua y etanol, la eficiencia aumenta al 66%. El ácido ascórbico actúa como donante de electrones, se agota y debe reponerse regularmente durante cada ciclo de producción de hidrógeno.
Trabajando
Los investigadores explican que los puntos cuánticos de CdSe absorben dos fotones de luz y transfieren dos electrones al catalizador de Ni, lo que le permite tomar dos protones para producir hidrógeno formando localmente el catalizador necesario a partir de los ligandos de los puntos cuánticos. Los pares de nanocristales y catalizador son mejores que otros sistemas de nanopartículas de fotosíntesis artificial porque son más estables a la luz solar.
Aplicaciones
El hallazgo podría ser muy importante para aplicaciones de energía verde y también para ciertos procesos industriales como los de producción de amoníaco en el proceso Haber.