Un equipo de científicos ha logrado un avance significativo en el campo de los materiales para energía renovable al desarrollar una película de óxido de tungsteno (WO3). Esta película se destaca por su transparencia y eficiencia en la división fotoelectroquímica del agua. Este descubrimiento, publicado en la revista Applied Catalysis B: Environment and Energy, podría acelerar la transición hacia tecnologías sostenibles de conversión solar a hidrógeno.
Un avance en la producción de hidrógeno
La película de WO3 fabricada presenta una estructura mesoporosa altamente ordenada y una orientación cristalina adaptada. Esto se traduce en una eficiencia y estabilidad sin precedentes, especialmente en condiciones de pH neutro. Sin duda, este hallazgo abre la puerta al desarrollo de dispositivos fotoelectroquímicos en tándem, fundamentales para la conversión solar a hidrógeno sostenible.
El proceso de fabricación de la película se realizó directamente sobre un sustrato de vidrio conductor, utilizando una técnica que combina un tensioactivo y un método de carbonización in situ. Gracias al copolímero tribloque Pluronic F127, se logró crear una red mesoporosa cristalina con paredes de poros ultradelgadas y una alta superficie específica.
El Dr. Debraj Chandra, autor principal del estudio, subrayó la importancia de esta técnica de síntesis: “La técnica de carbonización in situ preserva la estructura mesoporosa organizada y cristalina de la película de WO3. Esta forma de fabricar materiales es prometedora para el desarrollo de otras películas de óxido metálico cristalinas aún no alcanzadas”.
Eficiencia y estabilidad sin precedentes
Las pruebas realizadas revelaron que el fotoánodo de WO3 logró eficiencias de conversión de fotones a corriente de hasta el 49% en condiciones ácidas y del 41% en pH neutro. Comparado con materiales convencionales, estos resultados son notablemente superiores, mostrando un aumento de hasta 3.6 veces en las constantes de velocidad de oxidación del agua. Además, la inclusión de nanopartículas de óxido de cobalto como co-catalizadores mejoró aún más la eficiencia, aumentando la constante de evolución de oxígeno a 5.7 x 10² s-1.
La eficiencia faradaica del 93% para la evolución de oxígeno representa un logro significativo para los fotoánodos de WO3. Además, estos han demostrado una durabilidad excepcional, manteniendo el 98% de su corriente fotográfica inicial después de 30 horas de operación continua en condiciones neutras.
Perspectivas para la energía solar sostenible
Una de las características más destacadas de este nuevo material es su transparencia óptica, lo que lo convierte en un candidato ideal para ser utilizado como capa de captación de luz en dispositivos fotoelectroquímicos. La eficiencia global de estos sistemas puede mejorarse al apilar múltiples fotoabsorbentes que capturan diferentes regiones del espectro solar.
El Dr. Masayuki Yagi, coautor del estudio, mencionó: “La alta transparencia óptica y la excepcional estabilidad a largo plazo del fotoánodo de WO3 en condiciones neutras ofrecen una estrategia escalable para dispositivos de división de agua fotoelectroquímicos en tándem”.
A pesar de que el hidrógeno es considerado un portador de energía sostenible, capaz de descarbonizar diversos sectores, la inestabilidad y la ineficiencia de los materiales fotoactivos han obstaculizado la producción sostenible de hidrógeno a partir de la división del agua impulsada por la luz solar. Este estudio presenta un plano para desarrollar fotoánodos de próxima generación que aborden estos desafíos, combinando estabilidad a largo plazo, transparencia y alta eficiencia.
La estrategia de fabricación basada en métodos de plantillas escalables y carbonización puede expandirse a otros semiconductores de óxido metálico, aumentando aún más su impacto en el campo de la energía renovable.
La película de WO3 fabricada presenta una estructura mesoporosa altamente ordenada y una orientación cristalina adaptada. Esto se traduce en una eficiencia y estabilidad sin precedentes, especialmente en condiciones de pH neutro. Sin duda, este hallazgo abre la puerta al desarrollo de dispositivos fotoelectroquímicos en tándem, fundamentales para la conversión solar a hidrógeno sostenible.0
