Cómo el cobalto puede ayudar a producir hidrógeno para combustible limpio

Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio creó el primer fotoánodo de luz visible hecho de dióxido de titanio o TiO2 mejorado con cobalto. El ánodo es un elemento clave necesario para lograr una división del agua asequible para producir hidrógeno, una alternativa limpia al combustible fósil.

En un artículo publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, los investigadores explican que la división de agua fotoelectroquímica, el proceso por el cual la energía de la luz se utiliza para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, es un enfoque prometedor para obtener hidrógeno puro para su uso como alternativa de combustible limpio.

El proceso se lleva a cabo en celdas electroquímicas que contienen un ánodo y un cátodo sumergido en agua, que están conectados a través de un circuito externo. En el ánodo, se produce la oxidación del agua, por lo que el O2 se produce al extraer energía de las ondas de luz. Estas ondas transfieren energía a los electrones del material del ánodo, lo que les permite moverse a través del circuito externo para llegar al cátodo. Aquí, los electrones recibidos y el material del cátodo hacen que se forme H2.

Según el equipo, hasta la fecha ha sido difícil encontrar sistemas fotoelectroquímicos que lleven este proceso de manera eficiente. Una de las razones de esto es que el dióxido de titanio, que es un material de fotoánodo bien conocido y ampliamente utilizado, solo puede absorber energía de la luz de alta energía.

A veces, el TiO2 se mezcla con oro y plata para sensibilizarlo a la luz visible pero, como resultado, la aplicación se vuelve costosa.

Sin embargo, al mejorar el TiO2 con cobalto, es posible crear un fotoánodo de luz visible.

Para hacerlo, se hacen crecer películas delgadas de TiO2 sobre un sustrato mediante un procedimiento estándar y luego se introduce cobalto, sumergiéndolas en una solución acuosa de nitrato de cobalto.

Este método funciona porque los dominios de cobalto no solo capturan luz visible y transfieren cargas o electrones en la interfaz de TiO2, también sirven como sitios catalíticos que facilitan la oxidación del agua.

Además, los investigadores encontraron que la estructura de la película delgada de TiO2 base afecta el rendimiento del fotoánodo modificado final, presumiblemente al permitir el alojamiento de átomos de cobalto. La estructura de la película de TiO2 se puede ajustar fácilmente ajustando los parámetros de fabricación, lo que permitió al equipo realizar múltiples pruebas para obtener información sobre este fenómeno.

"Este estudio demuestra que se puede construir una célula fotoelectroquímica impulsada por la luz visible para la oxidación del agua mediante el uso de metales abundantes en la tierra, sin la necesidad de procedimientos de preparación complicados", dijo Kazuhiko Maeda, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa .