Investigadores de la Unidad de Materiales Porosos de IMDEA Energía han desarrollado un nuevo material capaz de mejorar la producción de hidrógeno verde mediante la división del agua utilizando luz solar. El trabajo, publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, abre nuevas vías para avanzar hacia tecnologías más eficientes y sostenibles para la generación de combustibles limpios.

El hidrógeno verde se considera uno de los vectores energéticos clave para la transición energética. Sin embargo, su producción actual se basa principalmente en la electrólisis del agua, un proceso que requiere grandes cantidades de electricidad. Por ello, los científicos buscan alternativas más directas que permitan aprovechar la energía solar para producir hidrógeno de forma más sencilla y potencialmente más económica.

En este estudio, el equipo de investigación ha diseñado un nuevo fotocatalizador basado en MOFs (metal–organic frameworks), materiales porosos formados por nodos metálicos y moléculas orgánicas que pueden diseñarse con gran precisión a nivel molecular. En particular, los investigadores trabajaron con un material desarrollado previamente en el instituto, conocido como IEF-11, al que aplicaron estrategias de ingeniería estructural para mejorar sus propiedades.

El avance se basa en dos modificaciones clave del material. Por un lado, los investigadores introdujeron defectos controlados durante la síntesis mediante microondas, lo que permitió aumentar significativamente su superficie y crear nuevos poros que facilitan el acceso de las moléculas de agua a los centros activos del catalizador. Por otro, incorporaron pequeñas cantidades de vanadio en la estructura del material, un proceso conocido como “dopado”, que modifica sus propiedades electrónicas.

Gracias a esta combinación de estrategias, el nuevo material es capaz de absorber mejor la luz visible y favorecer la separación de cargas eléctricas generadas durante la irradiación, dos factores fundamentales para mejorar la eficiencia de las reacciones fotocatalíticas.

Los resultados muestran que una pequeña cantidad de vanadio optimiza el rendimiento del catalizador, aumentando significativamente la producción de hidrógeno en comparación con el material original. Además, el sistema es capaz de llevar a cabo la reacción de división del agua sin necesidad de cocatalizadores basados en metales nobles, lo que representa una ventaja importante para el desarrollo de tecnologías más sostenibles y escalables.

El estudio también combina experimentos avanzados de caracterización con simulaciones teóricas para entender en detalle cómo las modificaciones estructurales y electrónicas del material influyen en su comportamiento fotocatalítico.

Este trabajo demuestra que la ingeniería de defectos y el dopado metálico pueden utilizarse de forma conjunta para optimizar las propiedades de los MOFs y mejorar su rendimiento en aplicaciones energéticas. Los resultados contribuyen al desarrollo de nuevos materiales capaces de aprovechar la energía solar para producir combustibles limpios, un paso importante hacia sistemas energéticos más sostenibles.