El proceso de conversión de energía solar en hidrógeno suele implicar el uso de fotocatalizadores que absorben la luz solar y utilizan esta energía para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. En la mayoría de los sistemas convencionales, los fotocatalizadores solo absorben una parte del espectro de luz visible, lo que significa que gran parte de la energía solar permanece sin utilizar.
Para abordar este reto y mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno, el profesor Kazuhiko Maeda y la estudiante de posgrado Haruka Yamamoto, del Instituto de Ciencia de Tokio (Science Tokyo), desarrollaron un nuevo fotocatalizador sensibilizado por colorante que puede absorber luz visible de longitud de onda larga de hasta unos 800 nanómetros.
Su estudio, publicado en ACS Catalysis este mes, informa de que la eficiencia en la conversión de energía solar en hidrógeno es hasta dos veces superior a la de los sistemas tradicionales.
Los fotocatalizadores sensibilizados por colorante son materiales producidos mediante la combinación de un catalizador con una molécula de colorante que absorbe la luz visible. La molécula de colorante actúa como una mini antena que captura la luz solar y transmite la energía a la superficie del catalizador.
Lo habitual, hasta ahora, es que estos fotocatalizadores utilicen rutenio como colorante. "Sin embargo, los complejos basados en rutenio suelen absorber solo longitudes de onda visibles más cortas, de hasta 600 nm", explica Kazuhiko Maeda.
Osmio, la clave
Centrándose en este factor, el equipo sustituyó el núcleo metálico del complejo, cambiando el rutenio por osmio. Este cambio amplió drásticamente el rango de absorción solar, lo que permitió al fotocatalizador aprovechar más energía solar y generar electrones adicionales excitados que contribuyen directamente al rendimiento de la evolución del hidrógeno.
“En nuestros esfuerzos por ampliar el rango de absorción de la luz, el osmio demostró ser un elemento clave para acceder a longitudes de onda que los complejos de rutenio no podían utilizar, lo que condujo a un aumento del doble en la eficiencia de la producción de hidrógeno”, afirma Kazuhiko Maeda.
Maeda añade que el nuevo fotocatalizador convierte los fotones entrantes en energía química, incluso bajo una luz solar débil o difusa. Esto es especialmente beneficioso para tecnologías como la fotosíntesis artificial y los materiales de conversión de energía solar que funcionan en condiciones solares reales.
