NeoFronteras

Desarrollan un sistema de fotosíntesis artificial de catalizador económico de larga durabilidad y alto rendimiento.

Fuente: Ted Pawlicki, University of Rochester.

Desde hace décadas se trabaja en sistemas de fotosíntesis artificial que a partir de la luz del sol y de agua se produzca hidrógeno. Este gas puede además almacenarse para producir electricidad con una pila de combustible o quemarse para producir calor. El residuo de todo ello es inocuo vapor de agua. Incluso puede usarse para la fabricación de amoniaco, que es la base de muchos productos químicos, incluyendo los fertilizantes.
En general, estos sistemas consisten en algún tipo de catalizador que junto a un cromóforo, que toma la energía de la luz, realiza la disociación de la molécula de agua. En concreto, el catalizador se encarga de combinar protones con electrones para producir hidrógeno. El problema es que, por desgracia, los catalizadores en general están hechos de metales muy caros como el platino, rodio o paladio. Realizar esta fotosíntesis artificial con catalizadores mucho más baratos es uno de los santos griales de la Química moderna. Este asunto de los catalizadores puede hacernos meditar sobre cómo sería el mundo actual si la corteza terrestre fuera más rica en estos elementos.
En el pasado se había conseguido que ciertos catalizadores económicos pudieran realizar este tipo de fotosíntesis con un rendimiento aceptable, pero dejaban de funcionar al poco tiempo, en general a las pocas horas.
Ahora investigadores de la Rochester han conseguido desarrollar un nuevo catalizador barato basado en nitrato de níquel. El precio del níquel es de unos 18 dólares el kilo frente a los 50.000 del platino.
Al sistema se le añaden nanocristales de seleniuro de cadmio. Los nanocristales de seleniuro de cadmio son puntos cuánticos que actúan de cromóforos en el sistema, es decir, son el material que absorbe la luz. Normalmente se usan tintes orgánicos para esta función, al igual que los usados en la fotosíntesis natural, pues éstos absorben bien la luz. Pero la luz del sol degrada rápidamente estas moléculas, limitando así la durabilidad del sistema. A los puntos cuánticos de seleniuro de cadmio, al ser inorgánicos y químicamente estables, no les pasa esto.

La pega del uso de estos y otros nanocristales es que se disuelven mal en agua y estos investigadores han tenido que desarrollar un sistema para evitar este problema.
La eficiencia del nuevo sistema es muy alta, hasta un 36% en producción de hidrógeno a partir de agua o un 66% si se usa una mezcla de metanol y agua. Además, este catalizador tiene muy buena duración, pues parece que sigue realizando su función pasadas dos semanas, que fue el límite hasta donde los investigadores tuvieron paciencia (según ellos).
La pega del sistema es que a la disolución se le añade ácido ascórbico (vitamina C) que actúa de donante de electrones y que se gasta en el proceso, teniendo que ser reemplazado periódicamente. Otro problema es el uso de cadmio, que es un metal pesado muy contaminante.
Estos científicos tratan ahora de buscar una manera de evitar el uso de la vitamina C, de tal modo que no haya que gastar materiales en el proceso.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.