El material puede capturar de manera efectiva la luz solar para que la energía allí pueda usarse para la producción de hidrógeno a través de la reacción de división de agua fotoquímica. Crédito: Olov Planthaber/Linköping University
La reacción química para producir hidrógeno del agua es varias veces más efectiva cuando se usa una combinación de nuevos materiales en tres capas, según investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia. El hidrógeno producido a partir del agua es una fuente prometedora de energía renovable, especialmente si el hidrógeno se produce usando la luz solar.
La producción de nuevos autos de gasolina y diesel estará prohibido en la UE a partir de 2035. Se espera que los motores eléctricos se vuelvan cada vez más comunes en los vehículos, pero no son adecuados para todo tipo de transporte.
“Los automóviles de pasajeros pueden tener una batería, pero los camiones pesados, los barcos o los aviones no pueden usar una batería para almacenar la energía. Para estos medios de transporte, necesitamos encontrar fuentes de energía limpia y renovable, y el hidrógeno es un buen candidato”, dice Jianwu Sun, profesor asociado de la Universidad de Linköping, que ha dirigido el estudio. publicado en el Journal of the American Chemical Society.
Los investigadores de LIU están trabajando en materiales en desarrollo que pueden usarse para producir hidrógeno (H2) del agua (H2O) utilizando la energía a la luz solar.
El equipo de investigación ha demostrado previamente que un material llamado carburo de silicio cúbico (3C-SIC) tiene propiedades beneficiosas para facilitar la reacción donde el agua se divide en hidrógeno y oxígeno. El material puede capturar de manera efectiva la luz solar para que la energía allí pueda usarse para la producción de hidrógeno a través de la reacción de división de agua fotoquímica.
Jianwu Sun, profesor asociado en la Universidad de Linköping en Suecia. Crédito: Olov Planthaber/Linköping University
En su estudio actual, los investigadores han desarrollado aún más un nuevo material combinado. El nuevo material consta de tres capas: una capa de carburo de silicio cúbico, una capa de óxido de cobalto y un material de catalizador que ayuda a dividir el agua.
“Es una estructura muy complicada, por lo que nuestro enfoque en este estudio ha sido comprender la función de cada capa y cómo ayuda a mejorar las propiedades del material. El nuevo material tiene ocho veces mejor rendimiento que el carburo de silicio cúbico puro para dividir el agua en hidrógeno”, dice Jianwu Sun.
Cuando la luz solar golpea el material, se generan cargas eléctricas, que luego se usan para dividir el agua. Un desafío en el desarrollo de materiales para esta aplicación es evitar que las cargas positivas y negativas se fusionen nuevamente y se neutralicen mutuamente.
En su estudio, los investigadores muestran que al combinar una capa de carburo de silicio cúbico con las otras dos capas, el material, conocido como Ni (OH) 2/CO3O4/3C-SIC, se vuelve más capaz de separar las cargas, lo que hace que la división de agua sea más efectiva.
Hoy, hay una distinción entre hidrógeno “gris” y “verde”. Casi todo el hidrógeno presente en el mercado es un hidrógeno “gris” producido a partir de un combustible fósil llamado gas natural o gas fósil. La producción de una tonelada métrica de gas de hidrógeno “gris” provoca emisiones de hasta 10 toneladas métricas de dióxido de carbono, lo que contribuye al efecto invernadero y al cambio climático. El hidrógeno “verde” se produce utilizando electricidad renovable como fuente de energía.
El nuevo material consta de tres capas: una capa de carburo de silicio cúbico, una capa de óxido de cobalto y un material de catalizador que ayuda a dividir el agua. Crédito: Olov Planthaber/Linköping University
El objetivo a largo plazo de los investigadores de LIU es poder usar solo energía del sol para impulsar la reacción fotoquímica para producir hidrógeno “verde”. La mayoría de los materiales en desarrollo hoy en día tienen una eficiencia de entre 1% y 3%, pero para la comercialización de esta tecnología de hidrógeno verde, el objetivo es un 10% de eficiencia.
Ser capaz de impulsar completamente la reacción utilizando energía solar reduciría el costo de producir hidrógeno “verde”, en comparación con producirla utilizando electricidad renovable complementaria como se hace con la tecnología utilizada hoy en día.
Jianwu Sun especula que puede tardar entre cinco y 10 años en que el equipo de investigación desarrolle materiales que alcanzan el codiciado límite del 10%.
Más información: Hui Zeng et al, manipulación de la estructura de electrones a través de la ingeniería de doble interfaz de fotoanodo 3C-SiC para la división mejorada del agua solar, Journal of the American Chemical Society (2025). Dos: 10.1021/jacs.5c04005
Proporcionado por la Universidad de Linköping
Cita: el material de tres capas separa las cargas para aumentar la producción de hidrógeno verde (2025, 23 de junio) Recuperado el 23 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-layered-material-boost-green-hydrogen.html
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