From Light to Energy: Synergetic Multifunctional Materials Driving Photoelectrochemical Hydrogen Generation
La creciente preocupación por el medio ambiente y la demanda de materias primas sostenibles impulsan la investigación de métodos fotoelectroquímicos (PEC) eficaces de separación del agua para la producción de hidrógeno. Los materiales de carbono son candidatos versátiles, abundantes en tierra y de bajo coste para su uso en este proceso, tanto como catalizadores o soportes catalíticos, mostrando una excelente conductividad en función de su tamaño, dimensionalidad e interacción con otros co-catalizadores. Una de sus características más relevantes es la facilidad de fabricación de compuestos híbridos basados en ellos. Su combinación con materiales semiconductores con brechas de banda adecuadas puede dar lugar a un elevado efecto sinérgico PEC que permita una generación de hidrógeno respetuosa con el medio ambiente. El objetivo final del proyecto es la fabricación de un dispositivo de célula fotoelectroquímica eficiente que utilice la irradiación directa de la luz solar para la producción eficiente de hidrógeno. Se trata de un proyecto de alto riesgo y alto rendimiento. Su construcción se basará en una investigación exhaustiva de la combinación de materiales funcionales con dimensionalidad variable para arquitecturas de fotoánodos y fotocátodos. Los materiales seleccionados serán 1) materiales de carbono de diversas formas y dimensiones (por ejemplo, 2) materiales semiconductores con brechas de banda adecuadas (en concreto, marcos orgánicos metálicos (MOF), perovskitas de haluro metálico (MHP) y carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición 2D (MXenos)), como catalizadores capaces de absorber eficazmente la luz visible; y 3) cocatalizadores adecuados (por ejemplo, nanopartículas (NPs) de óxido metálico/metal, para mejorar la fotosíntesis artificial a través de una variedad de materiales, nanopartículas (NPs) de metal/óxido de metal), para mejorar la fotosíntesis artificial mediante diversos procesos de transferencia de carga. Mediante la combinación ventajosa de estos materiales, prevemos maximizar la eficiencia de conversión de luz visible en hidrógeno a través del aumento de las áreas superficiales específicas, la mejora de la tasa de absorción de luz y la supresión de fenómenos contraproducentes (por ejemplo, canales de pérdida, recombinación electrón-hueco).
El objetivo del proyecto es el desarrollo de nuevos materiales compuestos para electrodos altamente estables y reactivos y de bajo coste, así como el dominio de la ingeniería de interfaces (TRL1) para, en última instancia, desarrollar un dispositivo de célula PEC eficaz (TRL4).
