La producción de hidrógeno ofrece un enfoque prometedor para producir energía escalable y sostenible sin carbono. La clave para una tecnología exitosa que convierta la energía solar en combustible está en el diseño de células fotoelectroquímicas (PEC por sus siglas en inglés) eficientes, duraderas y de bajo coste, que son responsables de absorber la luz solar y de impulsar las reacciones que provocan la división del agua.
Un científico del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en Estados Unidos, y sus colaboradores están ajustando estos mecanismos para generar hidrógeno a partir del agua y la luz solar.
Un becario del LLNL, Anh Pham, la asistenta de profesor Yuan Ping de la Universidad de California en Santa Cruz y la Profesora Giulia Galli de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional de Argonne (anteriormente científica del LLNL) revisaron el uso de métodos de primeros principios para comprender las interconexiones entre fotoabsorbedores, electrolitos y catalizadores en PECs.
La clave para la construcción de un PEC eficiente se basa en la disponibilidad de abundantes materiales de fotoelectrodos semiconductores que son responsables de la absorción de la luz solar y provocar las reacciones para la división del agua.
«A pesar de los constantes esfuerzos y algunos avances, aún no se ha encontrado ningún material que simultáneamente satisfaga la eficiencia y estabilidad requeridas para la comercialización de la tecnología de producción de hidrógeno PEC», dijo Pham. La investigación fue publicada en la revista Nature Materials.
El equipo muestra que con la creciente complejidad de las arquitecturas PEC, la comprensión de las propiedades de las interconexiones entre sus componentes es clave para predecir nuevos materiales de mejor rendimiento y, finalmente, para optimizar el rendimiento del dispositivo.
En este estudio, el equipo discutió los desafíos que aún permanecen abiertos en la descripción de las interfaces PEC utilizando técnicas de primeros principios, centrándose en la interacción entre sus propiedades estructurales y electrónicas. Los científicos también revisaron las técnicas de los primeros principios para el estudio de las interconexiones entre estados sólido y líquido, las propiedades estructurales y electrónicas de las interfaces agua-fotoelectrodo-agua-catalizador y los desafíos teóricos abiertos en la simulación de interfaces PEC.
El trabajo fue financiado por los Centros de la Fundación Nacional de Ciencias para la Innovación Química y la Beca Lawrence.
Artículo original publicado por el Lawrence Livermore National Laboratory. Revisado y traducido por ¡QFC!
