Investigación del DIQBM busca encontrar materiales alternativos que permitan la producción de hidrógeno verde

“Fotoelectrodos basados en óxidos y sulfuros de metales de transición para la hidrólisis de agua en una celda fotoelectroquímica” es el nombre del proyecto liderado por la investigadora Melanie Colet Lagrille, Profesora Asistente del Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales (DIQBM), que busca encontrar nuevos materiales para su aplicación en el desarrollo de celdas de electrólisis de agua para la generación de hidrógeno directamente a partir de energía solar. El hidrógeno es un combustible que puede ser usado en celdas de combustible para la generación de energía de manera limpia y sostenible, ya que su combustión produce principalmente vapor de agua.

¿Cómo funcionan las celdas fotoelectroquímicas?

El funcionamiento de las celdas fotoelectroquímicas se basa en el uso de semiconductores como electrodos (ánodos y/o cátodos) que al ser irradiados generan pares hueco-electrón, los cuales pueden migrar en la superficie del semiconductor y reaccionar con las especies adsorbidas. Actualmente, se buscan materiales alternativos para ser usados como fotoelectrodos en este tipo de celdas, entre los cuales destacan los óxidos y sulfuros de metales de transición. 

“El proyecto busca encontrar materiales estables para la fabricación de ánodos y cátodos fotoactivos para la producción electrolítica de hidrógeno. Estos materiales corresponden a semiconductores capaces de absorber la radiación solar y promover espontáneamente una corriente eléctrica que circula desde el ánodo hacia el cátodo, permitiendo que moléculas de agua se rompan en la superficie del ánodo formando oxígeno y protones, los cuales viajan a través del electrolito hacia el cátodo para formar hidrógeno,” indica Melanie Colet Lagrille, Profesora Asistente del DIQBM.

La importancia de desarrollar esta investigación es potenciar el proceso de foto-electrólisis de agua para la producción de hidrógeno, el cual permite reducir el proceso de electrólisis solar de agua a un solo equipo. Esto se asocia con un menor impacto ambiental en términos de uso de terrenos y requerimiento de materias primas.  

Con este objetivo, a través de este proyecto se espera “encontrar materiales semiconductores altamente catalíticos y estables que permitan la fabricación de una celda fotoelectroquímica para la producción de hidrógeno que presente eficiencias de conversión de energía superiores a las de los sistemas de electrólisis convencionales acoplados a paneles solares. Además, estos materiales deben ser estables durante la operación de manera que el dispositivo tenga una larga vida útil. Los fotoelectrodos consisten en un film de óxidos o sulfuros de metales de transición depositado sobre un vidrio de cuarzo cubierto con dióxido de estaño dopado con flúor (FTO-coated glass) o titanio.”

En este proyecto han participado y participan estudiantes de doctorado, pregrado e investigadores, algunos de los cuales han desarrollado pasantías en el extranjero con grupos de investigación líderes mundiales en el área (Imperial College London y University of Bath), lo que contribuye al desarrollo de conocimiento a nivel local y de sus colaboradores.