Un nuevo material limpia de contaminantes el agua y produce hidrógeno al mismo tiempo

Investigadores del École Polytechnique Féderale de Lausanne (EPFL) desarrollan un doble sistema fotocatalítico, basado en un material con estructura metal-orgánica, que es capaz de limpiar de contaminantes el agua y, al mismo tiempo, producir hidrógeno, que puede capturar y usar de nuevo.

El equipo del Instituto de Ciencias Químicas e Ingeniería de EPFL apuesta por usar algunos de los materiales más útiles y versátiles de hoy en día: las estructuras metal-orgánicas (MOF por sus siglas en inglés), una clase de materiales que demuestran versatilidad estructural, alta porosidad, propiedades ópticas y electrónicas fascinantes. Estas características les convierte en unos candidatos prometedores para múltiples aplicaciones, entre ellas la captura y separación de gases, los sensores y las fotocatálisis.

Los científicos de la EPFL están probando estos materiales en la fotocatálisis, un proceso en el que un material sensible a la luz se excita al contacto con la misma. Así, el exceso de energía absorbida por los mismos “disloca a los electrones de sus órbitas atómicas, dejando atrás agujeros de electrones”. La generación de estos orificios de electrones es un proceso crucial en cualquier proceso de energía que depende de la luz y, en este caso, permite que el MOF afecte a una variedad de reacciones químicas.

Este equipo, liderado por Kyriakos Stylianou, ha desarrollado un sistema basado en estos materiales MOF que puede realizar no uno, sino dos tipos de fotocatálisis simultáneamente: la producción de hidrógeno y la limpieza de contaminantes del agua. El material, que contiene el fosfuro de níquel (Ni2P), está disponible en abundancia y barato y, además, puede realizar una fotocatálisis eficiente bajo luz visible, que representa el 44% del espectro solar.

El primer tipo de fotocatálisis, la producción de hidrógeno implica una reacción llamada “división de agua”, ya que divide las moléculas de agua en sus componentes: hidrógeno y oxígeno. De este modo, se puede volver a usar el hidrógeno capturado para las celdas de combustible, que son dispositivos de suministro de energía que se utilizan en una variedad de tecnologías en la actualidad, incluidos los satélites y los transbordadores espaciales.

El segundo tipo de fotocatálisis se conoce como “degradación de contaminantes orgánicos” y se consigue al separar, o limpiar, los contaminantes presentes en el agua.

Los científicos de la EPFL han realizado las dos pruebas de forma simultánea y el sistema ha sido capaz de integrar la generación fotocatalítica de hidrógeno con la degradación del contaminante en un solo proceso.

"Este sistema fotocatalítico está libre de metales nobles y acerca el campo de la fotocatálisis a las aplicaciones solares”, señala Kyriakos Stylianou, que destaca el gran potencial de estas estructuras metal-orgánicas.