Científicos argentinos logran maximizar el aprovechamiento de la energía solar

Científicos argentinos de la Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa (UNIDEF), descubrieron una familia de materiales compuestos capaces de quintuplicar el aprovechamiento de la energía solar para transformarla en química o eléctrica.

Los investigadores lograron modificar químicamente las características de materiales semiconductores híbridos, conocidos como Metal Organic Framework (MOF) UiO-66-NH2; para aprovechar una mayor parte de la energía lumínica del sol, de la cual sólo se aprovecha actualmente la energía solar de los rayos ultravioletas, lo cual significa menos del 10% de la disponible.

Los Metal Organic Framework son compuestos sólidos, nanométricos, formados por moléculas metálicas denominadas clusters; que se unen entre sí a través de moléculas orgánicas (ligandos orgánicos), siguiendo un ordenamiento perfectamente regular en el espacio. Lo que los distingue de otros polímeros de coordinación metálico-orgánica es que poseen una gran superficie vacía. Es esta porosidad la que hace de estos compuestos buenos catalizadores y almacenadores de gases.

El grupo compuesto por el doctor en física Eugenio Otal y los doctores en química Manuela Kim e Ismael Fabregas, lograron ampliar el espectro de absorción de luz de estos materiales compuestos, optimizando las características fotocatalíticas, es decir la capacidad de las moléculas de convertir la energía lumínica en química.

Los compuestos son polímeros de coordinación que permiten crear nuevos materiales con las propiedades deseadas, simplemente juntando bloques formados por nanopartículas inorgánicas y polímeros orgánicos.

“Al ampliar el espectro de absorción de luz del MOF UiO-66 obtuvimos un compuesto cuya actividad fotocatalítica es similar a la del dióxido de titanio, que es el catalizador más eficiente que se conoce”, explica Eugenio Otal.

Lo que diferencia al compuesto obtenido del dióxido de titanio y otras nanopartículas semiconductoras usadas comúnmente para fotocatálisis, es que no sólo puede aprovechar y utilizar la radiación ultravioleta (UV), que compone sólo un 4% aproximadamente del espectro electromagnético, sino que también absorbe parte de la luz visible, que representa cerca de un 43 por ciento.

“Tener un fotocatalizador tan eficiente, que además absorba luz visible, puede permitirnos descontaminar el agua, desarrollar celdas solares y hasta romper las moléculas de agua para obtener hidrógeno y con ello generar energía limpia y renovable sólo a partir de la luz del sol, que tiene la gran ventaja de ser gratuita”, afirma Otal.

“La característica que define a los MOF es que son perfectamente regulares, cada parte metálica es idéntica a la otra y lo mismo ocurre con los ligandos orgánicos, por lo que podemos saber su composición química exacta. Esto nos permite poder trabajar en diferentes modificaciones, tanto de su parte orgánica como de su parte metálica, dependiendo de la propiedad que queramos obtener: que catalice una reacción o que pueda almacenar algún gas, por ejemplo”, explica Manuela Kim.

Para ampliar su espectro de absorción de luz, los investigadores modificaron el MOF-UiO-66-NH2 a través de aplicación, sobre su parte orgánica, de compuestos utilizados comúnmente para teñir telas.

“Esto hizo que el sólido originalmente blanco, tomará nuevos colores y así optimizara su reacción catalítica frente a la energía lumínica”, cuenta Ismael Fabregas.

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stacruzricardo

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